JPH1038677A - Radiation detector - Google Patents

Radiation detector

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JPH1038677A
JPH1038677A JP22168896A JP22168896A JPH1038677A JP H1038677 A JPH1038677 A JP H1038677A JP 22168896 A JP22168896 A JP 22168896A JP 22168896 A JP22168896 A JP 22168896A JP H1038677 A JPH1038677 A JP H1038677A
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radiation
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bolometers
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ジェイ.ビバン マルコム
H Westfall Glen
エィチ.ウエストファル グレン
V Wordsworth Mark
ブイ.ワッズワース マーク
L Mccardel William
エル.マッカーデル ウイリアム
D Peterson Kirk
ディー.ピーターソン カーク
W Gucci Roland
ダブリュ.グッチ ロランド
E Terril Robert
イー.テリル ロバート
L Mcfew Maikl
エル.マックヒュー マイクル
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a radiation detector capable of avoiding scene-setting time. SOLUTION: A detector 200 contains two photoconductors 202 and 204, an operational amplifier 210 with a feedback resistance 212, a correlated double sampler 220, and a timing and bias controlling circuit 230. The photoconductors 202 and 204 can be formed of the two parts of a single resistance film of amorphous silicon. electronic bias switching and correlated double sampling attenuate low frequency noise in great amounts as mechanical chopping and correlated double sampling.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【関連出願のクロス・レファレンス】本願は、1995
年7月21日に出願された米国仮出願シリアル番号60
/001,334号の一部継続出願である。
[Cross Reference of Related Application]
US Provisional Application Serial Number 60 filed July 21, 2016
No./001,334.

【0002】[0002]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子装置に関し、
特に放射検出器およびそのような検出器を含んだセンサ
ーのような装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electronic device,
In particular, it relates to devices such as radiation detectors and sensors that include such detectors.

【0003】[0003]

【従来の技術】赤外線検出は、夜間視覚(暖かい体から
の放射に基づく映像化)、化学的解析(スペクトル吸
収)および種々の他の分野に対し重要な解決法を提供し
ている。赤外線検出器は、単一検出器または絵素配列
体、極低温(典型的には液体窒素温度)または非冷却検
出器、8〜12(lm)または3〜5(lm)または他
の波長の感度、および光子または熱検出機構というよう
な、種々の分類ができる。光子検出(ホトコンダクタ、
ホトダイオードおよびホトキャパシタ)は、小さいバン
ドギャップの半導体材料中に電子−正孔対を発生させる
光子吸収によって作用し、この電気的キャリア数の増加
が検出される。一方、熱検出は、赤外線光子を吸収する
素子の加熱に起因する電気的抵抗または容量の変化によ
って作用する。光子加熱による抵抗変化に依存する検出
器は、ボロメータと呼ばれている。
BACKGROUND OF THE INVENTION Infrared detection offers an important solution for night vision (imaging based on radiation from warm bodies), chemical analysis (spectral absorption) and various other fields. Infrared detectors can be single detectors or pixel arrays, cryogenic (typically liquid nitrogen temperature) or uncooled detectors, 8-12 (lm) or 3-5 (lm) or other wavelengths. Various classifications can be made, such as sensitivity and photon or heat detection mechanism. Photon detection (photoconductor,
Photodiodes and photocapacitors) work by photon absorption that creates electron-hole pairs in a small bandgap semiconductor material, and this increase in the number of electrical carriers is detected. On the other hand, heat detection works by changes in electrical resistance or capacitance due to heating of the element that absorbs infrared photons. Detectors that rely on resistance changes due to photon heating are called bolometers.

【0004】ホーンベックの米国特許第5,021,663 号お
よびキーナンの米国特許第5,288,649 号は、夜間視覚に
使用されるものとして、単一半導体集積回路の形でCM
OS制御および駆動回路から懸垂式にそこに接続された
非晶質のシリコンボロメータの配列体を開示している。
特に、図1はレンズ系102、ボロメータ106の配列
体および赤外線映像用回路を概略的に示している。図2
は単一のボロメータの回路を示している。図3はボロメ
ータ140の配列の一部を示している。各ボロメータ
は、2次元映像の1つの絵素用の信号を提供する。集積
回路基板上に懸垂したボロメータは熱的隔離を提供する
が、また機械的な支持の問題を発生している。ボロメー
タのパッケージングにおいてはまた、周囲雰囲気によっ
て周囲の近接した検出器リード線とボロメータとが熱的
に結合してクロストークしてしまうという問題もある。
US Pat. No. 5,021,663 to Hornbeck and US Pat. No. 5,288,649 to Keenan disclose CM in the form of a single semiconductor integrated circuit for use in night vision.
Disclosed is an array of amorphous silicon bolometers suspended therefrom from an OS control and drive circuit.
In particular, FIG. 1 schematically illustrates a lens system 102, an array of bolometers 106, and circuitry for infrared imaging. FIG.
Shows a single bolometer circuit. FIG. 3 shows a part of the arrangement of the bolometer 140. Each bolometer provides a signal for one pixel of a two-dimensional image. Bolometers suspended on an integrated circuit substrate provide thermal isolation, but also create mechanical support problems. There is also a problem in the bolometer packaging in that the ambient atmosphere causes thermal coupling between the bolometer and the detector lead wires in close proximity to the bolometer, resulting in crosstalk.

【0005】図2において、RB は温度可変抵抗を示
し、RL は温度非依存負荷抵抗を、そして単一ボロメー
タ用のRB とRL の直列回路に加えられる+Vのバイア
ス電圧を示している。夜間視覚を得る時の赤外線放射強
度入力の変動によるRB の温度変化は、典型的には、1
ケルビン度以下である。RB の温度変動により抵抗変動
が発生し、それにより負荷抵抗RL 間の電圧変動を誘起
し、この電圧が出力増幅器を駆動する。一般的に、ボロ
メータの低周波ノイズはRB に関するジョンソンノイズ
(抵抗に比例する振幅のホワイトノイズ)を越え、そし
てRB 間に加えられたバイアス電圧により増加する。さ
らに、RB −RL 直列によって検出された信号の大きさ
はバイアス電圧に比例する。また、測定可能な信号を作
るために十分なバイアスは、時々、許容できないレベル
の低周波ノイズを発生させてしまう。
[0005] In FIG 2, R B represents a temperature variable resistor, R L is a temperature-independent load resistance, and shows the R B and R bias voltage to the applied + V to a series circuit of L for a single bolometer I have. Temperature variation of R B due to changes in the infrared radiation intensity input when obtaining the night vision is typically 1
It is below Kelvin degree. Resistance variation with temperature variation of R B is generated, thereby inducing a voltage variation across the load resistor R L, the voltage to drive the output amplifier. Typically, low frequency noise of the bolometer exceed Johnson noise (white noise amplitude proportional to the resistance) regarding R B, and increases the bias voltage applied between R B. Furthermore, the magnitude of the signal detected by R B -R L series is proportional to the bias voltage. Also, a bias sufficient to produce a measurable signal sometimes produces unacceptable levels of low frequency noise.

【0006】赤外線ホトコンダクタ検出器はまた、典型
的には、過剰な低周波ノイズを有している。この低周波
ノイズ問題を解決するための一般的な方法は、入力放射
をチョップし(周期的機械的遮蔽)、照射および暗状態
双方の出力を測定し、つぎに暗状態出力を照射状態出力
から引いてネット出力を与えることである(修正二重サ
ンプリング)。そのようなチョッピングにより、低周波
ノイズの効果をかなり減衰させ、そして検出器の信号対
ノイズ比を改善する。
[0006] Infrared photoconductor detectors also typically have excessive low frequency noise. A common approach to solving this low frequency noise problem is to chop the input radiation (periodic mechanical shielding), measure the output of both the illuminated and dark states, and then derive the dark state output from the illuminated state output. Subtracting to give a net output (modified double sampling). Such chopping significantly attenuates the effects of low frequency noise and improves the signal-to-noise ratio of the detector.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チョッ
ピング入力法は機械システムの高コストおよび低信頼度
の問題を含んでいる。さらに、ボロメータのような熱検
出器は、この信号レベルを正確に表すためにかなりの景
色設定時間を要する。例えば、ボロメータについて、信
頼できる信号再生を得るために30ミリ秒の信号間隔を
必要とすることは異常ではない。このように、最大景色
チョッピング周波数が存在する。しかし、修正二重サン
プリングの有効性は、検出器のノイズ強度スペクトル中
の『1/fニー』周波数よりも大きい景色チョッピング
周波数に依存する。このように、機械的チョッピング
は、景色設定時間に依存する最大景色チョッピング周波
数が1/fニー周波数よりも小さいかもしれないので、
常に有効な機構であるとはいえない。
The chopping input method, however, involves the high cost and low reliability of mechanical systems. In addition, heat detectors such as bolometers require significant scene setup time to accurately represent this signal level. For example, for a bolometer, it is not unusual to require a signal interval of 30 milliseconds to obtain reliable signal reproduction. Thus, there is a maximum scene chopping frequency. However, the effectiveness of the modified double sampling depends on the scene chopping frequency being greater than the "1 / f knee" frequency in the noise intensity spectrum of the detector. Thus, mechanical chopping may be because the maximum scene chopping frequency, which depends on the scene setting time, may be less than the 1 / f knee frequency.
It is not always a valid mechanism.

【0008】ボロメータおよびホトコンダクタはまた、
可視光および近紫外線を検出し、そして赤外線について
の適用に制限されるものではなく、例えば、比色計への
応用は丁度異なる波長への適用である。
[0008] Bolometers and photoconductors also
Detects visible and near ultraviolet light and is not limited to applications for infrared, for example, applications to colorimeters are just to different wavelengths.

【0009】ウォングの米国特許第5,163,332 号および
ブロー他の米国特許第4,709,150 号は、ガスによるスペ
クトル線の吸収を測定することにより大気中のCO2
たは他のガスを検出する赤外線検出器の使用を示してい
る。
No. 5,163,332 to Wong and US Pat. No. 4,709,150 to Blow et al. Disclose the use of infrared detectors to detect atmospheric CO 2 or other gases by measuring the absorption of spectral lines by the gas. Is shown.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、多重波長の絵
素配列、電子的チョッピングおよび自動校正、多重検出
器の真空パッケージ内の内部陰付け、絵素冗長、共通支
持および隠れた支持を備えた密封ボロメータ、懸垂した
ボロメータ用の傾斜脚支持、および赤外線源とスペクト
ル解析用ボロメータ検出器を有するガスセンサーを備え
たボロメータを提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a multi-wavelength pixel array, electronic chopping and self-calibration, internal shading in a multiple detector vacuum package, pixel redundancy, common support and hidden support. Provided is a bolometer with a sealed bolometer, a tilted leg support for a suspended bolometer, and a gas sensor having an infrared source and a bolometer detector for spectral analysis.

【0011】本発明の特徴は以下の通りである。異なる
フィルターを備えた多重検出器が多重帯域検出が出来、
したがって多重ガスに対する集積センサーとなり得る。
密封された冗長ボロメータは感度を向上させ、そして傾
斜脚支持は懸垂されたボロメータに機械的強度を与え
る。広く間隔をおいた検出器を備えた内部陰はコンパク
トなパッケージ中のクロストークを制限する。電子的チ
ョッピングは、機械的チョッピングを無くすると共にチ
ョッピング周波数における周波数制限となる景色設定時
間を避けることができるという利点を有する。
The features of the present invention are as follows. Multiple detectors with different filters can detect multiple bands,
Therefore, it can be an integrated sensor for multiple gases.
A sealed redundant bolometer increases sensitivity, and the tilted leg support provides mechanical strength to the suspended bolometer. Internal shadows with widely spaced detectors limit crosstalk in compact packages. Electronic chopping has the advantage that mechanical chopping can be eliminated and the scene setting time, which is a frequency limitation at the chopping frequency, can be avoided.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】2コンポーネント絵素の好適実施例 図4,図5は2コンポーネント抵抗素子の好適実施例の
検出器を示し、それは全般的に参照番号200で示され
ており、ホトコンダクタ202,204と、フィードバ
ック抵抗212を備えた演算増幅器210と、相関二重
サンプラー220と、タイミングおよびバイアス制御回
路230とを含んでいる。ホトコンダクタ202,20
4は、図6の平面図および図7の縦断面図に示すよう
に、非晶質シリコンの単一抵抗膜306の2つの部分か
ら形成できる。金属接点310は、膜306の端部で金
属接点310に平行な接点312,314を備えた2つ
の等しい部分に、膜306を分割する。金属接点はアル
ミニウムまたはニッケル等の他の金属から形成される。
接点310,312とそれらの間の膜306の部分とは
ホトコンダクタ202を形成し、そして接点310,3
14とそれらの間の膜306の部分とはホトコンダクタ
204を形成する。膜306は50(lm)x50(l
m)で200(nm)厚であり、またシリコン基板30
2上の二酸化(酸化)シリコン層304上にある。ホト
コンダクタ202,204はともに、暗状態で約20メ
ガオーム、波長0.3〜1.2 lmで5x10-4
atts/cm2 の光子束にて1%低くなるものであ
る。検出器200は、映像検出用の絵素配列中の1つの
絵素または化学的解析装置内の単一検出器であってもよ
い。ホトコンダクタに代わってボロメータにも同一の回
路が使用できる。ホトコンダクタはHgCdTeのよう
な狭いバンドギャップ材料を必要とし、またそのような
材料をシリコン集積回路中に組み込むことにより問題を
起こすので、赤外線スペクトル(例えば、1〜20 T
m波長)の検出においてボロメータは有益である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred Embodiment of a Two-Component Pixel FIGS. 4 and 5 show a detector of a preferred embodiment of a two-component resistive element, which is indicated generally by the reference numeral 200. 202, 204, an operational amplifier 210 with a feedback resistor 212, a correlated double sampler 220, and a timing and bias control circuit 230. Photoconductors 202 and 20
4 can be formed from two portions of the amorphous silicon single resistance film 306, as shown in the plan view of FIG. 6 and the vertical sectional view of FIG. The metal contacts 310 divide the film 306 into two equal parts with contacts 312, 314 parallel to the metal contacts 310 at the end of the film 306. The metal contacts are formed from another metal such as aluminum or nickel.
The contacts 310, 312 and the portion of the membrane 306 therebetween form the photoconductor 202, and the contacts 310, 312
14 and the portion of membrane 306 therebetween form photoconductor 204. The membrane 306 is 50 (lm) × 50 (l
m) is 200 (nm) thick, and the silicon substrate 30
2 on the silicon dioxide (oxide) layer 304. Photoconductors 202 and 204 are both about 20 megaohms in the dark and 5 × 10 −4 w at 0.3-1.2 lm wavelength.
It is 1% lower at a photons flux of atts / cm 2 . The detector 200 may be a single pixel in a picture element array for picture detection or a single detector in a chemical analyzer. The same circuit can be used for a bolometer instead of a photoconductor. Photoconductors require narrow bandgap materials, such as HgCdTe, and pose a problem by incorporating such materials into silicon integrated circuits, so that infrared spectra (eg, 1-20 T
The bolometer is useful in detecting (m wavelength).

【0013】放射感知素子に接続された検出器回路は好
ましくは同一シリコン基板302上に集積されるが、明
瞭化のため図6,図7中には示さない。同様に、他の実
施例の支持回路も明示しない。
The detector circuits connected to the radiation sensing elements are preferably integrated on the same silicon substrate 302, but are not shown in FIGS. 6 and 7 for clarity. Similarly, the support circuits of other embodiments are not explicitly shown.

【0014】レンズ系が検出されるべき景色からの放射
を検出器200の配列上に収束し、そして各検出器20
0が以下のように(同期して)動作する。放射は定常的
にホトコンダクタ202,204を照射し、したがっ
て、特にボロメータで置き換えられるホトコンダクタ2
02,204を備えた実施例に対して、周波数に対する
上限を与える景色設定時間がない。しかしながら、制御
およびタイミング230は、+1ボルトの一定バイアス
を接点312に、そして+1ボルトと−1ボルト間のバ
イアス切り換えを接点314に加える。図8のタイミン
グ図参照。共通接点310は、見掛け上接地された演算
増幅器(オペアンプ)210の反転入力に接続される。
したがって、+1ボルトのバイアスが接点314に加わ
ると、ホトコンダクタ202,204は共に同一の印加
電圧を有し、そしてホトコンダクタを介する電流が加わ
りそしてフィードバック抵抗212を介してオペアンプ
210の出力に通過し、オペアンプはこのようにして−
2VR212 /RPHとなる。ここで、RPHはホトコンダク
タ202,204の共通抵抗を示す。逆に、−1ボルト
のバイアスが接点314に加わると、ホトコンダクタ2
02,204は同一の大きさであるが反対極性の印加電
圧を有する。このようにして、2つのホトコンダクタか
らの電流がオペアンプ210の反転入力で消去され、そ
してフィードバック抵抗212には電流が流れず、オペ
アンプ出力は0であるV0 である。
The lens system focuses the radiation from the scene to be detected onto an array of detectors 200 and each detector 20
0 operates (synchronously) as follows. The radiation constantly irradiates the photoconductors 202, 204, and thus, in particular, the photoconductor 2 which is replaced by a bolometer
For the embodiment with 02,204, there is no scene setting time that gives an upper limit on the frequency. However, control and timing 230 applies a constant bias of +1 volt to contact 312 and a bias switch between +1 volt and -1 volt to contact 314. See the timing diagram of FIG. The common contact 310 is connected to an inverting input of an operational amplifier (op-amp) 210 that is apparently grounded.
Thus, when a +1 volt bias is applied to contact 314, both photoconductors 202 and 204 have the same applied voltage, and current through photoconductor is applied and passed through feedback resistor 212 to the output of operational amplifier 210. , The operational amplifier is-
The 2VR 212 / R PH. Here, R PH indicates a common resistance of the photoconductors 202 and 204. Conversely, when a -1 volt bias is applied to contact 314, photoconductor 2
02, 204 have the same magnitude but applied voltages of opposite polarity. In this way, the current from the two photoconductors is erased at the inverting input of operational amplifier 210, and no current flows through feedback resistor 212, and the operational amplifier output is V0, which is zero .

【0015】相関二重サンプラー220はオペアンプ2
10の出力をとり、そして連続するバイアス極性切り換
え間隔の間に同一の極性出力から反対の極性出力を差し
引く。その結果は、景色からは独立したdcオフセット
と、入射景色の放射に比例したac信号である。この電
子的バイアス切り換えおよび相関二重サンプリングは、
機械的チョッピングおよび相関二重サンプリングのよう
に低周波ノイズを大いに減衰させる。このように、オペ
アンプ210の出力は、チョッピング周波数に相当する
バイアス極性切り換え周波数を有するチョッピング入力
を備えた図1の増幅器の出力に匹敵する。すなわち、こ
のバイアス切り換えは電子的チョッピングを達成する。
The correlated double sampler 220 is an operational amplifier 2
Take ten outputs and subtract the opposite polarity output from the same polarity output during successive bias polarity switching intervals. The result is a dc offset independent of the scene and an ac signal proportional to the radiation of the incident scene. This electronic bias switching and correlated double sampling
Significantly attenuates low frequency noise such as mechanical chopping and correlated double sampling. Thus, the output of operational amplifier 210 is comparable to the output of the amplifier of FIG. 1 with a chopping input having a bias polarity switching frequency corresponding to the chopping frequency. That is, this bias switching achieves electronic chopping.

【0016】図5は、クランプスイッチ224を備えた
オペアンプ222と入力スイッチ226と容量228と
を含んだ相関二重サンプラー220を示している。スイ
ッチ224,226はMOSFETトランジスタでよ
い。制御−タイミングブロック230は、バイアス極性
切り換えおよび相関二重サンプラー220によるサンプ
リングおよびクランピングのためのタイミング信号を提
供するためにリング発振器を使用してもよい。相関二重
サンプラー220の出力はバイアス切り換え周波数の半
分であり、そして抵抗202,204を通るバイアス電
流に起因するdcオフセットと、変動する入力放射に起
因する変動信号の合計を表すアナログ値である。特に、
相関二重サンプラーは以下のように動作する。まず、ホ
トコンダクタ202,204が反対の極性バイアスを有
する期間に、スイッチ224,226が閉ざされ、これ
により容量228をV0 に充電し、またオペアンプの出
力をゼロにする。つぎに、ホトコンダクタ202,20
4が同一の極性バイアスを有する期間に、スイッチ22
6が閉ざされ、これにより容量への入力を2VR212
PHに変更し、そしてこれによってオペアンプ222の
反転入力への入力値を2VR212 /RPH−V0 に変え、
そしてオペアンプ出力をA(2VR212 /RPH−V0
に変える。ここで、Aは増幅率である。
FIG. 5 shows a correlated double sampler 220 including an operational amplifier 222 having a clamp switch 224, an input switch 226, and a capacitor 228. Switches 224 and 226 may be MOSFET transistors. Control-timing block 230 may use a ring oscillator to provide timing signals for sampling and clamping by bias polarity switching and correlated double sampler 220. The output of correlated double sampler 220 is half the bias switching frequency and is an analog value representing the sum of the dc offset due to the bias current through resistors 202 and 204 and the fluctuating signal due to fluctuating input radiation. Especially,
The correlated double sampler operates as follows. First, while the photoconductors 202 and 204 have opposite polarity biases, the switches 224 and 226 are closed, thereby charging the capacitor 228 to V 0 and setting the output of the operational amplifier to zero. Next, the photoconductors 202, 20
4 have the same polarity bias, switch 22
6 is closed so that the input to the capacitor is 2VR 212 /
R PH , thereby changing the input value to the inverting input of operational amplifier 222 to 2VR 212 / R PH −V 0 ,
And an operational amplifier output A (2VR 212 / R PH -V 0)
Change to Here, A is an amplification factor.

【0017】ホトコンダクタ214を流れる電流は大き
さを変えず、極性のみ変えるので、景色設定時間は必要
ではなく、チョッピング周波数はこの構造の容量によっ
てのみ制限される。
Since the current flowing through the photoconductor 214 does not change in magnitude and only in polarity, no scene setting time is required and the chopping frequency is limited only by the capacity of this structure.

【0018】検出器200は抵抗202,204に対し
て等しい抵抗等しい光学的応答性および等しい大きさの
バイアス電圧を使用している。しかしながら、バイアス
極性の切り換えはまた、これらの仮定を緩めたとしても
ノイズを抑制する。抵抗、光学的応答性またはバイアス
の大きさにおける品質不良は検出器の正味の応答性およ
びオフセット基準を損ねるが、ノイズ性能を変えない。
検出器200は同じ解決法でホトコンダクタに代えてボ
ロメータ素子を使用できる。
Detector 200 uses equal resistance, equal optical responsivity for resistors 202 and 204, and equal magnitude bias voltages. However, switching the bias polarity also suppresses noise even if these assumptions are relaxed. Poor quality in the magnitude of the resistance, optical responsivity or bias impairs the net responsivity and offset criteria of the detector, but does not alter the noise performance.
The detector 200 can use a bolometer element instead of a photoconductor in the same solution.

【0019】4コンポーネント絵素の好適実施例 検出器200はオペアンプ210の出力にバイアス電流
によるdcオフセットを有する。図9はdcオフセット
を避けている4コンポーネント抵抗要素の好適実施例の
検出器500を概略的に示す。特に、検出器500は、
入力放射を受けているホトコンダクタ502,504と
入力から遮蔽されたホトコンダクタ506,508を含
み、またフィードバック抵抗512を備えたオペアンプ
510、相関二重サンプラー520および制御−タイミ
ング530を含んでいる。繰り返すが、検出器500は
映像装置中の絵素配列の1つの絵素すなわち単一検出器
であっても良く、ホトコンダクタはボロメータと置き換
わっても良い。
The preferred embodiment of the four component picture element detector 200 has a dc offset at the output of the operational amplifier 210 due to the bias current. FIG. 9 schematically illustrates a preferred embodiment detector 500 of a four component resistive element avoiding dc offsets. In particular, the detector 500
It includes photoconductors 502, 504 receiving input radiation and photoconductors 506, 508 shielded from the input, and includes an operational amplifier 510 with a feedback resistor 512, a correlated double sampler 520, and a control-timing 530. Again, the detector 500 may be one picture element of a picture element array in a video device, ie a single detector, and the photoconductor may be replaced by a bolometer.

【0020】ホトコンダクタ502〜504は非晶質シ
リコン606の単一抵抗膜の2つの部分として形成され
ても良く、そしてホトコンダクタ506〜508は、図
10の平面図および図11の縦断面図に示すように入力
赤外線放射から遮断されるように膜606の下部に位置
する非晶質シリコン607のもう1つの単一抵抗膜の2
つの部分として形成されても良い。金属接点610は、
膜606の端部上で金属接点610に平行な金属接点6
12,614を備えた2つの等しい部分に膜606を分
割する。金属接点はアルミニウム製である。接点61
0,612とそれらの間の膜606の部分はホトコンダ
クタ502を形成し、そして接点610,614とそれ
らの間の膜606の部分はホトコンダクタ504を形成
する。同様に、接点611は膜607を2つの等しい部
分に分割し、そしてホトコンダクタ506は接点611
と接点613との間の膜を含み、ホトコンダクタ508
は接点611と接点615との間の膜を含む。膜60
6,607はそれぞれ50(lm)x50(lm)で2
00(nm)厚であり、膜607はシリコン基板602
上の酸化物層605上にある。また膜606は、入力放
射を遮断しそしてアルミナで形成された絶縁層604上
に存在する。各ホトコンダクタ502〜508の抵抗は
等しく、暗状態でほぼ20メガオームである。
Photoconductors 502-504 may be formed as two parts of a single resistive film of amorphous silicon 606, and photoconductors 506-508 are shown in plan view in FIG. Another single resistive film 2 of amorphous silicon 607 located below film 606 so as to be shielded from input infrared radiation as shown in FIG.
It may be formed as one part. The metal contact 610 is
Metal contacts 6 parallel to metal contacts 610 on the edge of membrane 606
Divide the membrane 606 into two equal parts with 12,614. The metal contacts are made of aluminum. Contact 61
The portions of membrane 606 between 0,612 and them form photoconductor 502, and the portions of membrane 606 between contacts 610,614 and between them form photoconductor 504. Similarly, contact 611 divides membrane 607 into two equal parts, and photoconductor 506 contacts contact 611.
And a membrane between the contact 613 and the photoconductor 508.
Includes a film between contacts 611 and 615. Membrane 60
6,607 are 50 (lm) x 50 (lm) respectively, 2
00 (nm) thick, and the film 607 is
It is on the upper oxide layer 605. Film 606 also blocks input radiation and resides on insulating layer 604 formed of alumina. The resistance of each photoconductor 502-508 is equal, approximately 20 megohms in the dark.

【0021】図12は4つのホトコンダクタに加わるバ
イアス電圧(図9および図12のV1 、V2 、V3 およ
びV4 )を示す。入力放射を受けるホトコンダクタ50
2,504は検出器200のホトコンダクタ202,2
04と類似の相対的バイアス切り換えを有する。すなわ
ち、ホトコンダクタ502に対し「チョッピング」周波
数にて+1ボルトと−1ボルトとの間で切り換わり、ホ
トコンダクタ504に対しては一定の−1ボルトであ
る。遮蔽されたホトコンダクタ506,508はまた、
ホトコンダクタ502,504と同期した相対的バイア
ス極性切り換えを有する。すなわち、ホトコンダクタ5
08のバイアスが+1ボルトと−1ボルトとの間で切り
換わり、ホトコンダクタ506のバイアスが一定の+1
ボルトに保持される。
FIG. 12 shows the bias voltages (V 1 , V 2 , V 3 and V 4 in FIGS. 9 and 12) applied to the four photoconductors. Photoconductor 50 receiving input radiation
Reference numeral 2,504 denotes a photoconductor 202,2 of the detector 200.
It has a relative bias switch similar to 04. That is, it switches between +1 volt and -1 volt at the "chopping" frequency for photoconductor 502 and is a constant -1 volt for photoconductor 504. The shielded photoconductors 506, 508 also
It has relative bias polarity switching synchronized with the photoconductors 502,504. That is, the photoconductor 5
08 switches between +1 volts and -1 volts, and the bias of photoconductor 506 is a constant +1 volt.
Held by bolts.

【0022】検出器500は検出器200と同様に動作
する。即ち、まず、ホトコンダクタ502のバイアスが
+1ボルト(これはホトコンダクタ504のバイアスと
反対の極性を有する)であり、そしてホトコンダクタ5
08のバイアスが−1ボルト(これはホトコンダクタ5
06のバイアスと反対の極性を有する)である場合を考
える。その時、入力放射を受ける2つのホトコンダクタ
502,504中の電流は同一の大きさであるが反対の
極性を有し、フィードバック抵抗512には0電流とし
て働く。同様に、2つの遮蔽されたホトコンダクタ50
6,508中の電流はまた同一の大きさであるが反対の
極性を有し、フィードバック抵抗512には0電流とし
て働く。結果として、オペアンプ520の出力は0であ
る。
Detector 500 operates similarly to detector 200. That is, first, the bias of photoconductor 502 is +1 volt (which has the opposite polarity to the bias of photoconductor 504), and photoconductor 5
08 bias is -1 volt (this is photoconductor 5
(With a polarity opposite to the bias of 06). At that time, the currents in the two photoconductors 502, 504 receiving the input radiation have the same magnitude but opposite polarities and act as zero current in the feedback resistor 512. Similarly, two shielded photoconductors 50
The current in 6,508 also has the same magnitude, but opposite polarity, and acts as a zero current in feedback resistor 512. As a result, the output of operational amplifier 520 is zero.

【0023】次に、同一極性バイアスの場合について考
える。ホトコンダクタ502,504は同一極性バイア
ス(−1ボルト)を有し、電流値−2V/R502-504
フィードバック抵抗512に与える。そしてホトコンダ
クタ506,508は同一極性バイアス(+1ボルト)
を有し、電流値2V/R506-508 を与え、ここにおいて
502-504 は各ホトコンダクタ502,504の抵抗で
あり、そしてR506-50 8 は各遮断されたホトコンダクタ
506,508の抵抗である。ここで、ホトコンダクタ
502,504に入力放射が当たらないとすると、それ
らは遮断されたホトコンダクタ506,508と同一の
抵抗を有し、それ故R502-504 はR506- 508 と等しくな
り、フィードバック抵抗512への電流は0である。し
かしながら、入力放射がホトコンダクタ502,504
に当たると、R502-504 はR506- 508 よりも小さくな
り、4つのホトコンダクタは入力放射密度に比例した正
味負の電流がフィードバック抵抗512に与えられる。
実際、Rが暗状態のホトコンダクタの共通抵抗を示すと
して、またIが入力放射による抵抗の(小さい)微小な
減少とすると、フィードバック抵抗を流れる電流は2V
I/Rであり、そしてその出力は入力放射に比例する。
Next, the case of the same polarity bias will be considered. The photoconductors 502 and 504 have the same polarity bias (-1 volt) and provide a current value of -2 V / R 502-504 to the feedback resistor 512. Photoconductors 506 and 508 have the same polarity bias (+1 volt)
Has, given a current value 2V / R 506-508, R 502-504 wherein is the resistance of each photoconductors 502 and 504, and R 506-50 8 is photoconductors 506 and 508 that are each interrupted Resistance. Now, assuming that the photoconductors 502, 504 are not illuminated with input radiation, they have the same resistance as the blocked photoconductors 506, 508 , so that R 502-504 equals R 506-508 , The current to the feedback resistor 512 is zero. However, if the input radiation is photoconductors 502, 504
It strikes the, R 502-504 is smaller than R 506- 508, 4 two photoconductors net negative current proportional to the input radiation density is given to the feedback resistor 512.
In fact, if R is the common resistance of the dark photoconductor and I is a small (small) decrease in resistance due to input radiation, the current through the feedback resistance is 2V
I / R, and its output is proportional to the input radiation.

【0024】4つのホトコンダクタが、不適合、正およ
び負のバイアスが合わない、または素子がそれぞれ異な
る光学的応答性を有することに起因して、同一の暗抵抗
を持たないとき、検出器500はなお機械的なチョッピ
ングに匹敵する同一の低周波数ノイズ抑制を得ることが
できる。図13〜図15は実験結果を示す。図13は、
全てのホトコンダクタに1ボルトの定常バイアスを加
え、オクターブ当たり3dBの300Hzバンド幅のロ
ーパスフィルターでフィルターし、また相関二重サンプ
リングを行わない場合の、検出器500から得られたノ
イズスペクトルを示す。過渡1/f低周波数ノイズが約
100Hzの周波数ニーで現れる。図14は、全てのホ
トコンダクタに1ボルトの定常バイアスを加え、オクタ
ーブ当たり3dBの300Hzバンド幅のローパスフィ
ルターでフィルターし、相関二重サンプリングを行った
後におけるノイズスペクトルを示す。このように、これ
はジョンソンノイズに起因する最小ノイズであり、もし
景色が機械的にチョップされていたならば得られていた
であろう。最後に、図15は記載したように電子的チョ
ッピング(2つのホトコンダクタについての−1ボルト
と+1ボルトとの間のバイアス切り換え)によるノイズ
スペクトルを示す。図15および図14は実質的に等し
く、これは、電子的チョッピングに必要なもう1つのバ
イアス切り換えが検出器の過渡またはジョンソンノイズ
成分に悪影響しないことを示す。これは、バイアスが切
り換えられるが、大きさは変えられず、出力は変化しな
いことを示す。
When the four photoconductors do not have the same dark resistance due to mismatch, positive and negative bias mismatch, or the elements having different optical responsiveness, the detector 500 The same low frequency noise suppression comparable to mechanical chopping can be obtained. 13 to 15 show the experimental results. FIG.
5 shows the noise spectrum obtained from the detector 500 with a 1 volt steady bias applied to all photoconductors, filtered with a 3 dB per octave, 300 Hz bandwidth low pass filter, and without correlated double sampling. Transient 1 / f low frequency noise appears at a frequency knee of about 100 Hz. FIG. 14 shows the noise spectrum after applying a steady bias of 1 volt to all the photoconductors, filtering with a low-pass filter of 300 dB bandwidth of 3 dB per octave, and performing correlated double sampling. Thus, this is the minimum noise due to Johnson noise, which would have been obtained if the scene was mechanically chopped. Finally, FIG. 15 shows the noise spectrum due to electronic chopping (bias switching between -1 volt and +1 volt for two photoconductors) as described. FIGS. 15 and 14 are substantially equivalent, indicating that another bias switch required for electronic chopping does not adversely affect the transient or Johnson noise components of the detector. This indicates that the bias is switched but the magnitude is not changed and the output is not changed.

【0025】他の2コンポーネント絵素の好適実施例 図16,図17は全体的に参照符号900で示す他の2
コンポーネント抵抗素子の好適実施例の放射検出器を概
略的に示す。検出器900は、入力放射を受けるホトコ
ンダクタ902、入力放射から遮断されたホトコンダク
タ904、フィードバック抵抗912を備えたオペアン
プ910、相関二重サンプラー920、およびタイミン
グ−バイアス制御930を含む。ホトコンダクタ90
2,904は、図18の平面図および図19の縦断面図
に示すように、非晶質シリコンの2つの電気的に隔離さ
れた抵抗膜1006,1012から形成される。金属接
点1014,1016はホトコンダクタ902に対する
電気的接点を提供し、そして金属接点1018,102
0はホトコンダクタ904の電気的接点を提供する。膜
1006,1012はそれぞれ50(lm)x50(l
m)で500(nm)厚であり、膜1006はシリコン
基板1002上の酸化物層1004上に設けられてい
る。また、膜1012は、この膜1012を透過する全
ての景色放射を遮断するアルミナ絶縁層1010上に位
置する。アルミナ膜1010は他の絶縁酸化物層100
8上に位置する。各ホトコンダクタ902,904の暗
状態抵抗は約50メガオームである。また、ホトコンダ
クタに代えてボロメータも使用できる。
Another preferred embodiment of a two-component picture element FIGS.
1 schematically illustrates a radiation detector of a preferred embodiment of a component resistive element. Detector 900 includes a photoconductor 902 receiving input radiation, a photoconductor 904 blocked from input radiation, an operational amplifier 910 with feedback resistor 912, a correlated double sampler 920, and a timing-bias control 930. Photoconductor 90
2, 904, as shown in the plan view of FIG. 18 and the longitudinal section of FIG. 19, are formed from two electrically isolated resistance films 1006, 1012 of amorphous silicon. Metal contacts 1014, 1016 provide electrical contacts to photoconductor 902 and metal contacts 1018, 102
0 provides an electrical contact for the photoconductor 904. The membranes 1006 and 1012 are each 50 (lm) × 50 (l
m) is 500 (nm) thick, and the film 1006 is provided over the oxide layer 1004 over the silicon substrate 1002. Also, the film 1012 is located on the alumina insulating layer 1010 that blocks all scenery radiation transmitted through the film 1012. The alumina film 1010 is made of another insulating oxide layer 100
8 above. The dark state resistance of each photoconductor 902, 904 is about 50 megohms. In addition, a bolometer can be used instead of the photoconductor.

【0026】図20は、2つのホトコンダクタ902,
904に加わるバイアス電圧V1 、V2 を示す。両ホト
コンダクタは、検出器200のホトコンダクタ202,
204に類似の同一『チョッピング』周波数における+
Vと−Vとの間の相対的バイアス極性切り換えを有する
がこの2つのバイアスは180度の位相差を有する。
FIG. 20 shows two photoconductors 902,
904 shows bias voltages V 1 and V 2 applied to 904. Both photoconductors are the photoconductors 202, 202 of the detector 200.
+ At the same “chopping” frequency similar to 204
It has a relative bias polarity switch between V and -V, but the two biases have a 180 degree phase difference.

【0027】検出器900は次のように動作する。ま
ず、ホトコンダクタ902のバイアスが+Vボルトであ
り、そしてホトコンダクタ904のバイアスが−Vボル
トの場合を考える。この形体は電流V/R902 −V/R
904 をフィードバック素子912に与え、ここでR902
およびR904 はホトコンダクタ902,904それぞれ
の抵抗である。また、ホトコンダクタ902上に入力放
射がない場合、R902 はR904 に等しく、フィードバッ
ク抵抗912の電流は0である。しかしながら、ホトコ
ンダクタ902に放射が照射されると、R902 の抵抗は
減少し、正味の正の電流がフィードバック要素912を
介して流れる。その電流は入力放射強度に比例する。実
際、もしRが暗状態のホトコンダクタの共通抵抗を示
し、Iが景色放射による(小さい)微小な抵抗の減少で
あるとすると、フィードバック抵抗を流れる電流はIV
/Rであり、そしてオペアンプ出力は比例的である(フ
ィードバック抵抗とRの比)。
The detector 900 operates as follows. First, consider the case where the bias of photoconductor 902 is + V volts and the bias of photoconductor 904 is -V volts. This configuration has a current V / R 902 -V / R
904 to the feedback element 912 where R 902
And R 904 are the resistances of the photoconductors 902 and 904, respectively. If there is no input radiation onto the photoconductor 902, R 902 is equal to R 904, a current feedback resistor 912 is zero. However, when radiation is irradiated to the photoconductor 902, the resistance of R 902 decreases, flows net positive current through the feedback element 912. The current is proportional to the input radiation intensity. In fact, if R is the common resistance of a dark photoconductor and I is a small (small) resistance decrease due to landscape radiation, the current through the feedback resistance is IV
/ R and the op amp output is proportional (feedback resistance to R ratio).

【0028】次に、ホトコンダクタ902のバイアスが
−Vボルトであり、そしてホトコンダクタ904のバイ
アスが+Vボルトの場合を考える。この形体は電流V/
90 4 −V/R902 をフィードバック要素912に与え
る。また、ホトコンダクタ902上に入力放射がない場
合、フィードバック要素の電流は0に等しく、そしてオ
ペアンプの出力は0である。逆に、ホトコンダクタ90
2に放射があると、フィードバック抵抗電流は−IV/
Rに等しく、そしてオペアンプ出力は比例的である。
Next, consider the case where the bias of the photoconductor 902 is -V volt and the bias of the photoconductor 904 is + V volt. This configuration has a current V /
It gives the R 90 4 -V / R 902 to feedback element 912. Also, when there is no input radiation on photoconductor 902, the current in the feedback element is equal to zero and the output of the operational amplifier is zero. Conversely, photoconductor 90
2, the feedback resistance current is −IV /
R, and the op amp output is proportional.

【0029】相関二重サンプラー920はオペアンプ9
10の出力を受け、1つのバイアス形体間の出力を他の
バイアス形体間の出力から差し引く。このようにして、
相関二重サンプラー920は2IV/Rに比例する結果
を出力し、そして機械的チョッピングと類似の方法で低
周波数ノイズを大いに減衰させる。
The correlated double sampler 920 is an operational amplifier 9
Ten outputs are received and the output between one bias feature is subtracted from the output between the other bias features. In this way,
The correlated double sampler 920 outputs a result proportional to 2IV / R, and greatly attenuates low frequency noise in a manner similar to mechanical chopping.

【0030】A/C結合の好適実施例 図21は、容量1202を介して増幅器1204にそし
て制御器1208を備えた相関二重サンプラー1206
に結合されたホトコンダクタ(またはボロメータ)90
2,904を有する検出器900の変更例を示す。この
容量結合は図10のフィードバック抵抗間のDCオフセ
ットを除外し、増幅器1204の利得を高くできる。図
20は再度、ホトコンダクタ902,904それぞれに
加えられるバイアス電圧V1 、V2 が同時に正および負
間で切り換わり(約1KHzのチョッピング周波数
で)、そして逆極性を有することを示している。バイア
ス電圧V1 とバイアス電圧V2 間のホトコンダクタ90
2,904の抵抗R902 ,R90 4 と容量1202の並列
組み合わせにより、容量1202の入力側に(V1 −V
2 )R904 /(R902 +R904 )−V2 の電圧を発生さ
せる。もしRが暗状態のホトコンダクタ902,904
の共通抵抗を示し、そしてもしIが景色の放射によるR
902 の微小減少とすると、容量1202の電圧の大きさ
は±IV/(2+I)に等しい。ここで、VはV1 、V
2 の大きさである。ホトコンダクタ902のバイアスが
+Vであり、ホトコンダクタ904のバイアスが−Vで
ある時、容量1202の電圧は+IV/(2+I)に等
しく、またバイアス極性が逆の時は、容量1202の極
性はまた−IV/(2+I)に逆転する。このように、
ホトコンダクタ902に景色の放射が当たると、容量1
202の電圧が正および負間でトグルし、そして相関二
重サンプラー1206が2IV/(2+I)を出力する
(増幅器1204による増幅率を1と仮定する)。繰り
返すが、バイアス切り換えにより、電子的チョッピング
と低周波ノイズの低減が得られる。先に説明した実施例
と同様に、暗抵抗またはバイアスの大きさの不適合によ
って、検出器およびオフセットペデスタルの正味応答性
に悪影響するが、電子的チョッピングによって与えられ
るノイズ減少は影響を受けない。
[0030]Preferred Embodiment of A / C Bonding FIG. 21 shows the connection of the amplifier 1204 through the capacitor 1202.
Dual sampler 1206 with controller 1208
(Or bolometer) 90 coupled to
2 shows a modified example of the detector 900 having the reference numeral 2904. this
Capacitive coupling is the DC offset between the feedback resistors in FIG.
And the gain of the amplifier 1204 can be increased. Figure
20 is again applied to the photoconductors 902 and 904, respectively.
Applied bias voltage V1, VTwoAre simultaneously positive and negative
Switch between (chopping frequency of about 1KHz
), And have the opposite polarity. Bahia
Voltage V1And bias voltage VTwoPhotoconductor 90 between
2,904 resistance R902, R90 FourAnd capacity 1202 in parallel
Depending on the combination, (V1-V
Two) R904/ (R902+ R904) -VTwoGenerated voltage
Let If R is a dark photoconductor 902, 904
And if I is R due to landscape radiation
902And the magnitude of the voltage of the capacitor 1202
Is equal to ± IV / (2 + I). Where V is V1, V
TwoIs the size of The bias of the photoconductor 902 is
+ V, and the bias of the photoconductor 904 is -V.
At some point, the voltage of the capacitor 1202 is equal to + IV / (2 + I)
When the bias polarity is reversed,
Sex is also reversed to -IV / (2 + I). in this way,
When the radiation of the landscape hits the photoconductor 902, the capacity becomes 1
The voltage at 202 toggles between positive and negative, and
Double sampler 1206 outputs 2IV / (2 + I)
(Assuming that the amplification factor by the amplifier 1204 is 1). Reeling
Again, electronic chopping by bias switching
And low frequency noise reduction. Example described earlier
As in the case of dark resistance or bias size mismatch.
The net response of the detector and offset pedestal
Adversely affect, but given by electronic chopping
Noise reduction is not affected.

【0031】能動フィードバックの好適実施例 図22は、整合したボロメータ(またはホトコンダク
タ)1302,1304、オペアンプ1308、温度非
感知抵抗1312,1314、オペアンプ1318、温
度非感知抵抗1322,1324,1326、オペアン
プ1328および相関二重サンプラー1330を有する
検出器1300を示している。入力バイアスは電子的チ
ョッピング周波数にて+Vと−Vとの間で切り換わる。
Preferred Embodiment of Active Feedback FIG. 22 shows matched bolometers (or photoconductors) 1302, 1304, operational amplifiers 1308, temperature insensitive resistors 1312, 1314, operational amplifiers 1318, temperature insensitive resistors 1322, 1324, 1326, operational amplifiers. A detector 1300 having a 1328 and a correlated double sampler 1330 is shown. The input bias switches between + V and -V at the electronic chopping frequency.

【0032】ボロメータ抵抗1302は入力放射を受け
(または熱的に近接した放射吸収器を有し)、そして加
熱され、一方、ボロメータ抵抗1304は放射が遮断さ
れている。ボロメータ抵抗1302,1304は集積回
路基板上で隣接して配置されており、それらは抵抗13
20が放射加熱されることを除けば同一の熱的入力およ
び環境におかれている。したがって、放射が入ることに
より、オペアンプ1308の出力電圧は約−V(1+I
−T)R1302/R1304であり、ここでIは温度℃当たり
の抵抗率の微小増加であり、−Tは入射放射による温度
の増加、R1302およびR1304は加熱しない抵抗130
2,1304の抵抗値である。抵抗1302,1304
の非放射加熱または冷却により、両抵抗について同一の
増加または減少因子を得ることができ、そしてこれは消
去できることを理解されたい。
The bolometer resistor 1302 receives input radiation (or has a radiation absorber in thermal proximity) and is heated, while the bolometer resistor 1304 is radiation blocked. The bolometer resistors 1302, 1304 are located adjacently on the integrated circuit board and they are
20 is subjected to the same thermal input and environment except that it is radiatively heated. Therefore, due to the radiation, the output voltage of the operational amplifier 1308 becomes approximately −V (1 + I
-T) R1302 / R1304 , where I is a small increase in resistivity per temperature C and -T is a temperature increase due to incident radiation; R1302 and R1304 are non-heated resistors 130.
2,1304. Resistance 1302, 1304
It is to be understood that the non-radiative heating or cooling of can yield the same increase or decrease factor for both resistances, which can be eliminated.

【0033】オペアンプ1318の出力は、R1312およ
びR1314を抵抗1312および抵抗1314の抵抗値と
して、±V(1+R1312/R1314)に等しい。オペアン
プ1328はオペアンプ1308およびオペアンプ13
18の出力を合算して、相関二重サンプラー1330に
供給し、特にオペアンプ1328の出力は
The output of the operational amplifier 1318 is equal to ± V (1 + R 1312 / R 1314 ), where R 1312 and R 1314 are the resistances of the resistors 1312 and 1314. The operational amplifier 1328 includes the operational amplifier 1308 and the operational amplifier 13.
The outputs of 18 are summed and supplied to a correlated double sampler 1330. In particular, the output of the operational amplifier 1328 is

【数1】 V1328=−V13081326/R1322−V13181326/R1324 =±V(R1326/R1322)(R1302/R1304)I−T+ ±VR1326[R1302/R13041322 −(R1314+R1312)/R13141324] ここで、下付き文字は参照符号と同一のものを示す。抵
抗1314,1312,1322,1324の1つ(ま
たはそれ以上)は可変または取り除けるし、この式の右
側第2項を消すように調整でき、これは抵抗1322を
通過する電流が抵抗1324を通過する電流と等しいこ
とを意味する。例えば、以下のように設定された抵抗値
を有する抵抗1324により、
V 1328 = −V 1308 R 1326 / R 1322 −V 1318 R 1326 / R 1324 = ± V (R 1326 / R 1322 ) (R 1302 / R 1304 ) IT + ± VR 1326 [R 1302 / R 1304 R 1322- (R 1314 + R 1312 ) / R 1314 R 1324 ] Here, the subscripts indicate the same reference numerals. One (or more) of the resistors 1314, 1312, 1322, and 1324 can be varied or removed and can be adjusted to eliminate the second term on the right side of the equation, so that the current passing through the resistor 1322 passes through the resistor 1324 It means equal to the current. For example, by a resistor 1324 having a resistance value set as follows,

【数2】R1324=(R1314+R1312)R13041322/R
13021314 オペアンプ1328の出力は
R 1324 = (R 1314 + R 1312 ) R 1304 R 1322 / R
1302 R 1314 The output of operational amplifier 1328 is

【数3】V1328=±V(R1326/R1322)(R1302/R
1304)I−T そして相関二重サンプラー1330は、正のバイアス出
力から負のバイアス出力を差し引いて、
V 1328 = ± V (R 1326 / R 1322 ) (R 1302 / R
1304 ) IT and correlated double sampler 1330 subtracts the negative bias output from the positive bias output,

【数4】 2V(R1326/R1322)(R1302/R1304)I−T を得る。## EQU4 ## 2V ( R1326 / R1322 ) ( R1302 / R1304 ) IT is obtained.

【0034】勿論、ボロメータ要素1304は入力放射
を受けることができ、そしてボロメータ要素1302は
遮断される要素であってよい。また、オペアンプ130
8はボロメータ要素1302〜1304と共に相関二重
サンプラー1330を直接駆動するために使用できる。
[0034] Of course, bolometer element 1304 can receive input radiation, and bolometer element 1302 can be a blocked element. The operational amplifier 130
8 together with bolometer elements 1302-1304 can be used to directly drive correlated double sampler 1330.

【0035】検出器配列の好適実施例 図23,図24は平面図および縦断面図により好適実施
例のガスセンサー1400を示している。特に、ガスセ
ンサー1400は、チャンバー1402、赤外線放射源
1404、4つの狭いバンドパスの放射フィルター14
11〜1414および4つの放射検出器1421〜14
24を含んでいる。検出器1421は、水素処理非晶質
シリコンから成り検出器900と類似の構造を有しまた
光学的フィルター1411の近傍に配置されたホトコン
ダクタまたはボロメータを使用する単一絵素検出器であ
る。同様に、他の検出器の各々は対応するフィルターの
近傍に配置される。チャンバー1402は、外部の光が
検出器1421〜1424に当たることを防ぎ、ガスが
矢印で示すように流れることによりチャンバー1402
の内容物が雰囲気ガス成分を反射するように、穴を有し
ている。赤外線放射源1404は単に低いワット数の光
源でよい。フィルター1411〜1414は、約0. 2
lmのバンド幅の多層干渉バンドパスフィルターであ
る。ボロメータ用として使用する水素処理非晶質シリコ
ンの抵抗値は、室温において1℃あたり約3%減少す
る。
Preferred Embodiment of Detector Array FIGS. 23 and 24 show a gas sensor 1400 of the preferred embodiment in plan and longitudinal sectional views. In particular, the gas sensor 1400 includes a chamber 1402, an infrared radiation source 1404, and four narrow bandpass radiation filters 14.
11-1414 and four radiation detectors 1421-14
24. Detector 1421 is a single picture element detector made of hydrogenated amorphous silicon and having a similar structure to detector 900 and using a photoconductor or bolometer located near optical filter 1411. Similarly, each of the other detectors is located near the corresponding filter. The chamber 1402 prevents external light from impinging on the detectors 1421 to 1424, and the gas flows as indicated by the arrow to form the chamber 1402.
Has a hole so that the contents of (1) reflect the atmospheric gas component. Infrared radiation source 1404 may simply be a low wattage light source. Filters 1411 to 1414 are approximately 0.2
1 m is a multilayer interference bandpass filter with a bandwidth of lm. The resistance of hydrogenated amorphous silicon used for bolometers is reduced by about 3% per 1 ° C. at room temperature.

【0036】ガスセンサー1400は3つのガスの存在
を検出する。それは二酸化炭素、水および以下のような
揮発性有機物(VOC)である。フィルター1411は
中心波長4. 26 lmのパスバンドを有し、これは二
酸化炭素の吸収帯に対応する。フィルター1412は中
心波長2. 7 lmのパスバンドを有し、これは水の吸
収帯に対応する。フィルター1413は中心波長3. 2
lmのパスバンドを有し、これはC−Hストレッチ結
合に対応するので、種々の有機物がこのあたりの波長を
吸収する。最後に、フィルター1414は中心波長3.
6 lmのパスバンドを有し、これは代表的な雰囲気ガ
スによる吸収域からは離れている。赤外線放射源140
4は広帯域の赤外線放射を発生し、検出器1421はチ
ャンバー1402およびフィルター1411内のガスを
通過する放射を受光する。このように二酸化炭素濃度が
チャンバー1402内で変化すると、検出器1421で
受光した放射は変化し、そして先の説明のとおり検出さ
れる。フィルター1411はチャンバー1402内の他
のガスの変動が検出器1421により受光された放射に
対し影響しないようにする。
Gas sensor 1400 detects the presence of three gases. It is carbon dioxide, water and volatile organics (VOCs) such as: The filter 1411 has a pass band with a central wavelength of 4.26 lm, which corresponds to the absorption band of carbon dioxide. Filter 1412 has a passband with a center wavelength of 2.7 lm, which corresponds to the absorption band of water. The filter 1413 has a center wavelength of 3.2.
It has a lm passband, which corresponds to a CH stretch bond, so that various organics absorb the wavelengths around this. Finally, the filter 1414 has a center wavelength of 3.
It has a pass band of 6 lm, which is far from the absorption zone by typical atmospheric gases. Infrared radiation source 140
4 generates broadband infrared radiation, and detector 1421 receives radiation passing through the gas in chamber 1402 and filter 1411. When the carbon dioxide concentration changes in the chamber 1402, the radiation received by the detector 1421 changes and is detected as described above. Filter 1411 ensures that other gas fluctuations in chamber 1402 do not affect the radiation received by detector 1421.

【0037】同様に、検出器1422はチャンバー14
02内の水蒸気濃度の変化を検出し、そして検出器14
23はVOC濃度内の変化を検出する。例えば、源14
04の照射の変動のようなチャンバー1402内のガス
濃度変化に起因しない変動は検出器1424により検出
されるので、検出器1424は検出器1421〜142
3用の校正を行う。この情報は検出器1421〜142
3の出力補償に使用される。
Similarly, the detector 1422 is connected to the chamber 14
02 to detect changes in water vapor concentration within
23 detects a change in the VOC concentration. For example, source 14
Fluctuations not caused by a change in the gas concentration in the chamber 1402, such as fluctuations in the irradiation of the laser beam 04, are detected by the detector 1424.
Perform calibration for 3. This information is detected by detectors 1421 to 142
3 for output compensation.

【0038】センサー1400の要素の好適実施例の詳
細が以下の部分に説明され、これはフィルター1411
〜1414を備えた検出器1421〜1424の単一パ
ッケージを含んでいる。
Details of a preferred embodiment of the elements of the sensor 1400 are described in the following section, which illustrates the filter 1411
1414 includes a single package of detectors 1421-1424.

【0039】カンタル(Kanthal )赤外線放射源の好適
実施例 センサー1400の第1の好適実施例の赤外線放射源1
404は、広い範囲を照射するようにコイル状に巻か
れ、そして収束反射装置に置かれたカンタルAl合金
(72%鉄、22%クロム、5. 5%アルミニウムおよ
び0. 5%コバルト)のフィラメント線を有している。
線は0. 1mmの直径であり、約2. 5mmの直径で約
4mm長の円筒コイル状に巻かれている。カンタル合金
線は、さらなる酸化を防ぐ自然酸化物形として空気中で
熱せられる。カンタル合金の抵抗率は殆ど温度に関係な
く、したがって動作温度は印加電圧にのみ依存する。カ
ンタル合金はまた、タングステンを越える0. 7の放射
度を有し、したがってそれは一層有効な赤外線源であ
る。
Preferred for Kanthal Infrared Radiation Source
Infrared radiation source 1 of the first preferred embodiment of the embodiment sensor 1400
404 is a filament of Kanthal Al alloy (72% iron, 22% chromium, 5.5% aluminum and 0.5% cobalt) wound in a coil to illuminate a wide area and placed in a converging reflector Has lines.
The wire has a diameter of 0.1 mm and is wound in a cylindrical coil of about 2.5 mm diameter and about 4 mm long. Kanthal alloy wire is heated in air as a native oxide form that prevents further oxidation. The resistivity of Kanthal alloys is almost independent of temperature, so that the operating temperature depends only on the applied voltage. Kanthal alloys also have an emissivity of 0.7 over tungsten, so it is a more effective infrared source.

【0040】図25は、回転楕円収束反射器1504の
焦点の所に位置し、そして解析されるガスが熱コイル1
502に接触することを防ぐ赤外線窓1506で覆われ
たカンタル合金のコイル1502を示している。反射器
1504および窓1506の開口は直径25mmで、空
気流通のためそれらの間に2mmの隙間を備えている。
反射器は40mmの広がりを有し、赤外線光の大部分を
100mm離れた所の約10mm直径の範囲に収束し、
そしてその領域に渡り最大3%の光束変化である。コイ
ル1502を備えた反射器1504は検出器1421〜
1424に対し均一な照射を提供し、固定的なパターン
問題につながる検出器上のコイル1502映像を避ける
ことができる。パラボラ反射器の焦点に位置するコイル
1502からの光束は分散し、そして検出器にはわずか
な赤外線しか到達しない。勿論、検出器に渡り均一な光
束を作りそして光を分散しなければ、他の収束反射器形
状もまた使用できる。
FIG. 25 shows that the gas to be analyzed is located at the focal point of the spheroidal
Shown is a coil 1502 of Kanthal alloy covered with an infrared window 1506 that prevents contact with 502. The openings of the reflector 1504 and the window 1506 are 25 mm in diameter, with a 2 mm gap between them for air flow.
The reflector has a spread of 40 mm and converges most of the infrared light to a range of about 10 mm diameter 100 mm away,
The light flux changes by a maximum of 3% over that region. A reflector 1504 with a coil 1502 is
It provides uniform illumination to 1424 and avoids coil 1502 imaging on the detector, which leads to fixed pattern problems. The light flux from the coil 1502 located at the focal point of the parabolic reflector is scattered and only a small amount of infrared radiation reaches the detector. Of course, other converging reflector shapes can also be used, provided they do not create a uniform light flux over the detector and disperse the light.

【0041】コイル1502は約500〜9000K
(大体250〜6000C)の範囲で動作する。窓15
06はゲルマニウムまたはセレン化亜鉛または他の赤外
線透過材料から形成され、また反射器1502は任意の
赤外線反射器から作られる。温度が高ければ、大体MT
4 にしたがって赤外線放射は大きくなり、電圧の選択に
より検出器1411〜1422の感度を調整する。
The coil 1502 is about 500-9000K
(Approximately 250-6000C). Window 15
06 is formed from germanium or zinc selenide or other infrared transmitting material, and reflector 1502 is made from any infrared reflector. If the temperature is high, roughly MT
The infrared radiation becomes larger according to 4, and the sensitivity of the detectors 1411 to 1422 is adjusted by selecting the voltage.

【0042】カンタル合金は単に他の支持構造上の表面
にのみあってもよく、またニクロム(ニッケルとクロー
ム)のような他の空気酸化制限合金が使用できる。
The Kanthal alloy may simply be on a surface on another support structure, and other air oxidation limiting alloys such as Nichrome (nickel and chrome) can be used.

【0043】正の温度係数のセラミックIR源 センサー1400の第2の好適実施例の赤外線放射源1
404は、図26に示すように、金属皮膜1611,1
612を備えた回転セラミックディスク1602のパラ
ボラを含む。ディスク1602は正の温度係数のセラミ
ック(PTCセラミック)から形成される。これらのセ
ラミックは、セラミックの成分を調整することによって
500〜600Kの範囲内で選択された固定温度におい
て固有抵抗の重要な非線形的な増加を示す。図27は温
度の関数としての固有抵抗を示す。金属皮膜1611と
金属皮膜1612との間に加わる電圧によりセラミック
を介して導電が起こり、そしてディスク1602全体を
均一にこの固定温度を越えるまで抵抗過熱し、この時、
固有抵抗の増加が効果的にさらなる温度上昇を制限して
広い範囲に渡って冷却効果を得る。この固定温度におい
てバイアスされたディスク1602は、このように比較
的制御容易な安定な赤外線源を提供する。
The infrared radiation source 1 of the second preferred embodiment of the positive temperature coefficient ceramic IR source sensor 1400
404 is a metal film 1611,1 as shown in FIG.
Including the parabola of the rotating ceramic disk 1602 with 612. Disk 1602 is formed from a positive temperature coefficient ceramic (PTC ceramic). These ceramics exhibit a significant non-linear increase in resistivity at fixed temperatures selected within the range of 500-600 K by adjusting the composition of the ceramic. FIG. 27 shows the resistivity as a function of temperature. Electrical conduction occurs through the ceramic due to the voltage applied between the metal film 1611 and the metal film 1612, and the entire disk 1602 uniformly resistively heats above this fixed temperature,
The increase in the specific resistance effectively limits the further rise in temperature and obtains a cooling effect over a wide range. Disc 1602 biased at this fixed temperature thus provides a stable infrared source that is relatively easy to control.

【0044】赤外線源により解決される1つの問題は、
この源が発生する赤外線エネルギーの量である。1つの
標準的解決方法は、多くのエネルギーを小さいフィラメ
ントに送り込み、そしてフィラメントを極度に熱くさ
せ、それによって適当な放射量を発することである。同
一の効果が、より低い温度で放射させるための大きい表
面範囲の使用により達成される。黒体曲線が一層IR側
に移り、この源がIRにおいて一層効果的である。源内
のさらに多くのパワーが化学的感知用の適性波長で放射
される。
One problem solved by an infrared source is:
This is the amount of infrared energy generated by this source. One standard solution is to send a lot of energy into a small filament and make the filament extremely hot, thereby emitting a reasonable amount of radiation. The same effect is achieved by using a large surface area to emit at lower temperatures. The blackbody curve shifts further to the IR side, and this source is more effective in IR. More power in the source is emitted at the appropriate wavelength for chemical sensing.

【0045】図26の断面図に示すパラボラ形状は反射
により内表面1611からの発光について或る指向性、
すなわち矢印IRで示す全般的な指向性を与えるが、デ
ィスク1602の形は発光表面を増加するために変更で
きる。パラボラの開口は直径15mm、赤外線透過窓1
606との間隔2mmにより空気の流れを確保し、また
サンプルガスを隔離する。第2の可能性はパラボラ反射
器内に平坦な源を使用することである。これにより、普
通に製造されているピル形を使用でき、さらに反射器の
増幅効果も有するが、しかしながら、この源の表面は総
合反射器形PTC源の表面よりも小さい。最後に、球状
内面発光表面1611は、ユーゲン(Huygens )波面構
成によって示される球体中心に向かう或る指向性を提供
する。
The parabolic shape shown in the sectional view of FIG. 26 has a certain directivity for light emission from the inner surface 1611 by reflection.
That is, while giving the general directivity indicated by arrow IR, the shape of disk 1602 can be changed to increase the light emitting surface. The opening of the parabola is 15mm in diameter, infrared transmission window 1
An air flow is ensured by a distance of 2 mm from 606, and the sample gas is isolated. A second possibility is to use a flat source in the parabolic reflector. This allows the use of commonly manufactured pill shapes and also has the effect of amplifying the reflector, however, the surface of this source is smaller than the surface of the total reflector PTC source. Finally, the spherical internal light emitting surface 1611 provides some directivity towards the center of the sphere, as indicated by the Huygens wavefront configuration.

【0046】解決すべき他の課題は所望の範囲のIR放
射源の表面を最適化することである。この源の好適実施
例は、放射率を向上させるために暗い金属、金属酸化物
または黒ニス等の類似の被覆でコーティングすることで
ある。
Another problem to be solved is to optimize the surface of the IR radiation source in the desired range. A preferred embodiment of this source is to coat it with a similar coating, such as a dark metal, metal oxide or black varnish to improve emissivity.

【0047】そのような装置の熱容量はその源のパルス
発生を非常に困難にしている。このタイプの源は電子的
チョッピングまたは機械的チョッパーを備えたボロメー
タと共に使用するのが最適である。
The heat capacity of such a device makes pulsing its source very difficult. This type of source is best used with a bolometer equipped with an electronic or mechanical chopper.

【0048】傾斜脚形ボロメータの好適実施例 図6,図7,図10,図11,図18および図19のホ
トコンダクタピクセルは下部基板上に直接存在し、基板
から殆ど熱的絶縁がされてない。図28〜図31は熱的
絶縁のために基板上にボロメータを懸垂する好適実施例
のボロメータ構造1700の平面図、断面図および斜視
図を示す。特に、赤外線吸収器1702は、下部の基板
1710に平行な熱的絶縁支持アーム1706,170
7を形成するように延在している非晶質シリコン温度依
存性抵抗1704に、熱的に結合している。また、支持
アーム1706,1707は、傾斜脚1712,171
3状に下方に延びてアルミニウムパッド1714,17
15に接触する。ボロメータ1700は約50(lm)
x50(lm)の外寸を有し、そして支持アーム170
6,1707は基板1710より約2(lm)上部に吸
収器1702および抵抗1704を懸垂している。傾斜
脚1712,1713は、図31の斜視図に示すおおよ
そ4(lm)の長い窪み状の三角くさび形を有する。1
00〜200nm厚の単一非晶質シリコン層で約150
〜200オームcmの抵抗率を有するようにリンまたは
ボロンをドープしまたシリコン窒化物(『窒化物』)コ
ーティングを備えることにより抵抗1704とアーム1
706,1707と傾斜脚1712,1713とを形成
する。図29は図28のb−b線断面を示し、図31の
斜視図と共に傾斜脚1712を示している。傾斜脚17
12,1713はパッド1714,1715に対し強い
機械的取り付け強度を有する。図30は図28のc−c
線断面であり、支持アーム1706,1707および抵
抗1704上の吸収器1702を示す。
Preferred Embodiment of Inclined Leg Bolometer The photoconductor pixels of FIGS. 6, 7, 10, 11, 18 and 19 reside directly on the lower substrate and are substantially thermally isolated from the substrate. Absent. 28-31 show plan, cross-sectional, and perspective views of a preferred embodiment bolometer structure 1700 that suspends a bolometer on a substrate for thermal isolation. In particular, the infrared absorber 1702 includes thermal insulating support arms 1706, 170 parallel to the lower substrate 1710.
7 is thermally coupled to an amorphous silicon temperature dependent resistor 1704 that extends to form 7. The support arms 1706 and 1707 are provided with inclined legs 1712 and 171.
Aluminum pads 1714, 17
Touch 15 Bolometer 1700 is about 50 (lm)
x50 (lm) and support arm 170
6, 1707 has an absorber 1702 and a resistor 1704 suspended about 2 (lm) above the substrate 1710. The inclined legs 1712 and 1713 have a long hollow triangular wedge of about 4 (lm) shown in the perspective view of FIG. 1
A single amorphous silicon layer having a thickness of
Resistor 1704 and arm 1 are doped with phosphorus or boron to have a resistivity of ~ 200 ohm cm and have a silicon nitride ("nitride") coating.
706, 1707 and inclined legs 1712, 1713 are formed. FIG. 29 shows a cross section taken along the line bb of FIG. 28, and shows the inclined legs 1712 together with the perspective view of FIG. Inclined legs 17
12, 1713 have strong mechanical attachment strength to the pads 1714, 1715. FIG.
A line cross section shows the absorber 1702 on the support arms 1706, 1707 and the resistor 1704.

【0049】傾斜脚構造は、フィルム応力からのまたは
マイクロマシーンすなわちマイクロメカニカル装置中の
純機械的構造からの大きな横方向の力に耐えることので
きる機械的支持として一般的に使用できる。
The ramped leg structure can be generally used as a mechanical support capable of withstanding large lateral forces from film stress or from a purely mechanical structure in a micromachine or micromechanical device.

【0050】好適実施例1700は以下のように動作す
る。吸収器1702が入射赤外線放射(一般的に基板1
710に直角)を吸収し、したがって加熱される。これ
は抵抗1704を加熱し、抵抗を減少させる。したがっ
て、パッド1714とパッド1715との間の電圧が大
電流を作り、先に説明したサンプリング回路が電流の増
加を検出する。同様に、入射する放射が減少すると、吸
収器1702は冷え、抵抗が増加し、電流が減少し、サ
ンプリング回路がその減少を検出する。
The preferred embodiment 1700 operates as follows. Absorber 1702 receives incident infrared radiation (generally substrate 1).
710) and is therefore heated. This heats the resistor 1704 and reduces it. Thus, the voltage between pad 1714 and pad 1715 creates a large current, and the sampling circuit described above detects an increase in current. Similarly, as the incident radiation decreases, the absorber 1702 cools, the resistance increases, the current decreases, and the sampling circuit detects the decrease.

【0051】吸収器1702および抵抗1704は薄膜
構造を有し、したがって単位入射放射範囲当たり熱容量
が小さい。これにより高感度(放射の入射ワット当たり
の温度増加)を与える。支持アーム1706,1707
はそれぞれ約2〜3(lm)の幅と約40(lm)の長
さを有し、吸収器1702および抵抗1704構造の熱
的絶縁を提供する。真空中で動作するとき、吸収器17
02および抵抗1704は、支持アームに沿った熱的状
態により、主に吸収器から基板に対し熱を失う。もし所
望であるならば、抵抗1704を引き伸ばすことによ
り、支持アーム1706,1707をさらに長くするこ
とができる(熱抵抗を増加させるために)。吸収器17
02は3層構造を有する、すなわち抵抗1704下部の
50nm厚のシリコン窒化物層、この窒化物下部の14
nm厚のチタン層およびチタン層下部の25nm厚の窒
化物の底部層である。チタンは赤外線を吸収し、窒化物
は抵抗1704からの電気的絶縁と不活性化を提供す
る。
The absorber 1702 and the resistor 1704 have a thin film structure, and therefore have a small heat capacity per unit incident radiation range. This gives high sensitivity (increase in temperature per incident watt of radiation). Support arm 1706, 1707
Have a width of about 2-3 (lm) and a length of about 40 (lm), respectively, and provide thermal isolation of the absorber 1702 and resistor 1704 structures. When operating in a vacuum, the absorber 17
02 and resistor 1704 lose heat primarily from the absorber to the substrate due to thermal conditions along the support arm. If desired, the support arms 1706, 1707 can be further lengthened (to increase thermal resistance) by stretching the resistor 1704. Absorber 17
02 has a three-layer structure, that is, a 50-nm-thick silicon nitride layer below the resistor 1704, and a silicon nitride layer 14 below this nitride.
The bottom layer is a 25 nm thick titanium layer and a 25 nm thick nitride underneath the titanium layer. Titanium absorbs infrared radiation and nitride provides electrical isolation and passivation from resistor 1704.

【0052】支持アーム1706,1707の電気的抵
抗の最小化ために、アルミニウム、ニッケル、チタンま
たは他の適当な金属製の薄い(10〜20nm厚)金属
ストリップ(2 lm幅)が支持アーム1706上に非
晶質シリコン−窒化物傾斜脚1712に沿って、そして
抵抗1704の一側面に沿って配設され、抵抗1704
に対する低抵抗通路を提供する。図29および図30参
照。同様の金属ストリップがパッド1715から傾斜脚
1713上を支持アーム1707に沿って、そして抵抗
1704の反対側に沿って配設され、これらの金属スト
リップがまた支持アーム1706,1707の熱伝導源
を意味している。図32は、図28のものより以上に熱
的絶縁を行う吸収器1802を備えるように、支持アー
ム1806,1807上で抵抗1804の2つの側面に
沿って延びかつ傾斜脚1812,1813によりパッド
に接合する金属ストリップ1820,1821を備えた
ボロメータの平面図を示す。薄い金属層は階段部を十分
被覆しないので、パッド1714,1715から傾斜脚
の上端部までをそして支持アーム金属1820,182
1の端部外までの傾斜脚を被覆するために、厚い金属リ
ンク(アルミニウム製)が形成されてもよい。例えば、
図47の金属タブ2207を参照。
To minimize the electrical resistance of the support arms 1706, 1707, a thin (10-20 nm thick) metal strip (2 lm wide) of aluminum, nickel, titanium or other suitable metal is placed on the support arm 1706. Disposed along the amorphous silicon-nitride ramp leg 1712 and along one side of the resistor 1704;
Provide a low resistance path to See FIG. 29 and FIG. Similar metal strips are disposed along the support arm 1707 from the pad 1715 on the inclined legs 1713 and along the opposite side of the resistor 1704, and these metal strips also represent heat sources for the support arms 1706 and 1707. doing. FIG. 32 extends along the two sides of resistor 1804 on support arms 1806 and 1807 and provides a pad to the pad with ramps 1812 and 1813 to provide an absorber 1802 that provides more thermal insulation than that of FIG. FIG. 9 shows a plan view of a bolometer with metal strips 1820, 1821 to be joined. Since the thin metal layer does not sufficiently cover the steps, it extends from the pads 1714, 1715 to the upper end of the ramp and to the support arm metal 1820, 182.
A thick metal link (made of aluminum) may be formed to cover the sloping legs to the outside of one end. For example,
See metal tab 2207 in FIG.

【0053】低応力の作り方の好適実施例 図33〜図36はボロメータ1700の傾斜脚の作り方
の好適実施例の工程を示している。特に、基板1710
上における、アルミニウム接触パッド1714,171
5および相関二重サンプラー回路のような任意の所望の
回路から開始する。パッド1714,1715は介在体
を介してそのような回路に横方向または垂直方向に接続
される。次に、基板1900およびアルミニウムパッド
1905および他の露出回路上で犠牲ポリイミドの2
(lm)厚の層1910をスピンオンする。ポリイミド
の厚みは基板上の懸垂ボロメータの所望の間隔に等し
い。次に、25(nm)の窒化物層および14(nm)
のチタン吸収器層を付着させる。つぎに、写真印刷とエ
ッチングによりチタンおよび窒化物をパターン化しポリ
イミド1910上に吸収器1702を形成する。次に、
図33,図34に示すように、ホトレジスト1920を
クサビ付き円形状介在体1925によりスピンオンおよ
びパターン化する。これらの介在体は吸収器1702の
角部に位置する。ポリイミド1910およびホトレジス
ト1920を低圧酸素反応イオンエッチング装置中で同
時にエッチングする。ポリイミド表面が侵食され、ホト
レジストのくさび点がまた側面エッチされ、短くそして
狭くなり、徐々にポリイミドのくさび点の上面を一層露
出させる、図35参照。下部のアルミニウムパッド19
05が露出するまでポリイミドをエッチングする。最終
的に、傾斜壁を有するクサビ点を得る。これを介して、
化学的蒸着またはスパッターまたは蒸発材料による被覆
が容易にできる。単一介在体を示す図36の斜視図およ
び吸収器1702に対する介在体の相対位置を示す図3
7の平面図を参照。
[0053] Preferred embodiment Figure 33 to 36 how to make low stress shows the steps of a preferred embodiment of how to make a tilt leg of the bolometer 1700. In particular, the substrate 1710
Aluminum contact pads 1714, 171 on top
Start with any desired circuit, such as a 5 and correlated double sampler circuit. Pads 1714, 1715 are laterally or vertically connected to such a circuit via an intervening body. Next, the sacrificial polyimide 2 on substrate 1900 and aluminum pads 1905 and other exposed circuits.
(Lm) Spin on thick layer 1910. The thickness of the polyimide is equal to the desired spacing of the suspended bolometer on the substrate. Next, a 25 (nm) nitride layer and 14 (nm)
A titanium absorber layer is deposited. Next, titanium and nitride are patterned by photo printing and etching to form an absorber 1702 on polyimide 1910. next,
As shown in FIGS. 33 and 34, the photoresist 1920 is spin-on and patterned by a wedge-shaped circular intermediary body 1925. These interposers are located at the corners of absorber 1702. Polyimide 1910 and photoresist 1920 are simultaneously etched in a low pressure oxygen reactive ion etcher. The polyimide surface is eroded and the photoresist wedge points are also side etched, shortened and narrowed, gradually exposing more of the top surface of the polyimide wedge points, see FIG. Lower aluminum pad 19
Etch the polyimide until 05 is exposed. Finally, a wedge point having an inclined wall is obtained. Through this,
It can be easily coated by chemical vapor deposition or sputtering or evaporation material. FIG. 36 is a perspective view of FIG. 36 showing a single interposition, and FIG.
See the plan view of FIG.

【0054】次に、50(nm)の第2の窒化物層(チ
タンを電気的に絶縁する)を付着させ、100〜200
(nm)の非晶質シリコン層をPF5 またはBCl3
適所ドーピングを用いたプラズマ強化化学蒸着(PEC
VD)により形成し、次に20(nm)の窒化物層を形
成する。この3層の組みが傾斜脚、支持アームおよび温
度依存抵抗を形成する。窒化物、チタン、窒化物、ポリ
シリコンおよび上端窒化物不活性化層の積層体が最少の
差分応力となるように緩和され、吸収器1702と抵抗
1704の構造が層間の異なる応力によって曲がってし
まわないように制御される。実際、窒化物のプラズマ強
化蒸着状態は2x109dynes/cm2の圧縮応力から5x1
9dynes/cm2の引張応力の範囲を作り出すように調整さ
れる。このように、底部層に低い応力の(例えば、1x
109dynes/cm2以下の)窒化物を使用し、次に典型的に
は非常に薄いが引き伸ばせるチタンをスパッターし、低
応力の中間の窒化物を再度付着し、非晶質シリコンを付
着し、最後に低応力でかつポリイミドを除外した後の層
の積層体の平坦度を確保するに必要な厚みを有する上端
窒化物を付着する。さらに、窒化物の全被覆は、抵抗の
長期安定化のための化学的侵食および湿度侵食を防止す
る。
Next, a 50 (nm) second nitride layer (which electrically insulates titanium) is deposited,
The amorphous silicon layer plasma enhanced chemical vapor deposition using the place doping PF 5 or BCl 3 in (nm) (PEC
VD), and then a 20 (nm) nitride layer is formed. The set of three layers forms a tilted leg, a support arm and a temperature dependent resistor. The stack of nitride, titanium, nitride, polysilicon and the top nitride passivation layer is relaxed to a minimum differential stress and the structure of absorber 1702 and resistor 1704 is bent by different stresses between the layers. It is controlled not to be. In fact, the plasma-enhanced state of nitride deposition is 5 × 1 from a compressive stress of 2 × 10 9 dynes / cm 2.
Adjusted to create a range of tensile stress of 0 9 dynes / cm 2 . Thus, a lower stress (eg, 1 ×
Use nitride (less than 10 9 dynes / cm 2 ), then sputter titanium, which is typically very thin but stretchable, re-deposit low stress intermediate nitride and deposit amorphous silicon Finally, an upper nitride having low stress and a thickness necessary for ensuring the flatness of the layered structure after excluding the polyimide is deposited. In addition, the full nitride coating prevents chemical and humidity erosion for long-term stabilization of the resistance.

【0055】ホトレジストをスピンオンし、それをパタ
ーン化して温度変動抵抗、支持アームおよび傾斜脚を画
定し、そして非晶質シリコンと窒化物をエッチマスクで
あるパターン化ホトレジストにて異方性エッチングし、
抵抗、支持アームおよび傾斜脚を形成する。これによ
り、パッド1714,1715の部分が残る。図38参
照。
Spinning the photoresist, patterning it to define temperature variation resistance, support arms and tilt legs, and anisotropically etching amorphous silicon and nitride with a patterned photoresist as an etch mask;
Form resistance, support arm and ramp leg. As a result, pads 1714 and 1715 remain. See FIG.

【0056】ホトレジストをスピンオンし、そしてそれ
をパターン化して、支持アームに沿いかつ傾斜脚からア
ルミニウムパッド1714,1715に延びた薄い金属
の電気的導電体を画定する。次に10〜20nm厚のア
ルミニウム、NiまたはTiのような金属層を付着し、
ホトレジストをリフトオフして金属導体を形成する。次
に、ホトレジストをスピンオンし、そして写真印刷によ
りそれをパターン化し、アルミニウムパッド1714,
1715を傾斜脚の上端に接続する金属リンクを画定
し、つぎに1000nmのアルミニウムを付着し、ホト
レジストをリフトオフしてリンクを形成する。最後に、
酸素プラズマにてポリイミドを除外して、基板上に懸垂
した完成したボロメータ検出器を残す。
The photoresist is spun on and patterned to define a thin metal electrical conductor along the support arm and extending from the angled legs to the aluminum pads 1714, 1715. Next, a metal layer such as aluminum, Ni or Ti of 10-20 nm thickness is deposited,
The photoresist is lifted off to form a metal conductor. Next, the photoresist is spun on and patterned by photo printing to form aluminum pads 1714,
A metal link connecting 1715 to the upper end of the ramp is defined, then 1000 nm of aluminum is deposited and the photoresist is lifted off to form the link. Finally,
Exclude the polyimide in the oxygen plasma, leaving a completed bolometer detector suspended on the substrate.

【0057】スーパー絵素ボロメータ配列の好適実施例 図39は、各ボロメータがボロメータ1800と類似
し、そして金属母線2051〜2055に接続されたパ
ッドに接続されている傾斜脚を有し、基板上に懸垂した
おおよそ4角形のボロメータ2011〜2044の4x
4配列の好適実施例を示す平面図である。各ボロメータ
は約35(lm)x35(lm)の吸収器面積で、全面
積(金属母線2051〜2055を含む)50(lm)
x63(lm)を有している。金属母線2051〜20
55は全てのボロメータ2011〜2044に並列に接
続され(線2051,2053,2055が1つの検出
器接続を形成し、線2052,2054が他の検出器接
続を形成している)、大面積の単一検出器(スーパー絵
素)を形成しているが、付随する機械的問題を有する単
一の大きい懸垂範囲は備えていない。実際、もし1つ以
上のボロメータ2011〜2044が例えば支持アーム
の破壊によって故障すると、残りの15個のボロメータ
がなお機能し、十分な検出器性能を提供する。さらに、
N個のより小さいボロメータの並列配置により、単一ボ
ロメータに対しONの係数で信号対雑音比の改善がはか
れる。
Preferred Embodiment of Super Pixel Bolometer Array FIG. 39 shows that each bolometer is similar to the bolometer 1800 and has ramped legs connected to pads connected to metal buses 2051-2055, so that the 4x suspended bolometers 2011 to 2044
FIG. 4 is a plan view showing a preferred embodiment of four arrangements. Each bolometer has an absorber area of about 35 (lm) x 35 (lm) and a total area (including metal buses 2051 to 2055) of 50 (lm).
x63 (lm). Metal bus bars 2051-20
55 is connected in parallel to all bolometers 2011-2044 (lines 2051, 2053, 2055 form one detector connection and lines 2052, 2054 form another detector connection), Although forming a single detector (super-pixel), it does not have a single large suspension range with attendant mechanical problems. In fact, if one or more of the bolometers 2011-2044 fails, for example, due to a broken support arm, the remaining 15 bolometers will still function and provide sufficient detector performance. further,
The parallel arrangement of N smaller bolometers improves the signal-to-noise ratio with a coefficient of ON for a single bolometer.

【0058】特に、入力放射が低い変調周波数(チョッ
ピング)においては、単一ボロメータの感度は支持アー
ムの熱抵抗と放射吸収範囲との直接関数である。変調周
波数fc に対し、ボロメータの感度はtanh(1/f
c RC)に比例する他の因子を含み、ここでRは支持ア
ームの熱抵抗そしてCは吸収器を含む懸垂された材料の
熱容量(熱質量)である。代表的な値は大体以下のよう
である。fc が約30 Hz、Rが約2x107deg-sec
/joule-m、Cが約10-9joule/deg である。このよう
に、変調によって、感度を増加させるための吸収器範囲
の増加は、熱質量Cの増加によるtanh因子の相殺的
な減少をもたらす。さらに、同様に感度増加のための熱
抵抗Rの増加はRの増加によるtanh因子の相殺的減
少をもたらす。このように、並列のボロメータ配列は、
個々のボロメータの熱質量または熱抵抗の変化なしに、
吸収範囲を増加させる。
In particular, at low modulation frequencies (chopping) where the input radiation is low, the sensitivity of a single bolometer is a direct function of the thermal resistance of the support arm and the radiation absorption range. To the modulation frequency f c, the sensitivity of the bolometer tanh (1 / f
c ) includes other factors proportional to RC), where R is the thermal resistance of the support arm and C is the heat capacity (thermal mass) of the suspended material including the absorber. Typical values are as follows. f c is about 30 Hz, R is about 2 × 10 7 deg-sec
/ joule-m, C is about 10 -9 joule / deg. Thus, due to the modulation, increasing the absorber range to increase sensitivity results in an offset reduction of the tanh factor due to an increase in thermal mass C. Furthermore, an increase in the thermal resistance R for increasing the sensitivity also results in an offset reduction of the tanh factor due to the increase in R. Thus, a parallel bolometer array is
Without changing the thermal mass or thermal resistance of the individual bolometers,
Increase the absorption range.

【0059】別の方法においては、配列中の1つの行
(列)中のボロメータを直列に接続しそしてその行
(列)を並列に接続するか、または1つの列(行)中の
ボロメータを並列に接続しそしてその並列の列(行)を
次に直列に接続する。これは簡単な接続の利点を有す
る。例えば、図39において、左側の金属線2051と
右側の金属線2055がボロメータ放射吸収抵抗につい
ての2つの接続線となる。
In another method, the bolometers in one row (column) in the array are connected in series and the rows (columns) are connected in parallel, or the bolometers in one column (row) are Connect in parallel and then connect the parallel columns (rows) in series. This has the advantage of a simple connection. For example, in FIG. 39, the left metal line 2051 and the right metal line 2055 are two connection lines for the bolometer radiation absorption resistance.

【0060】スパイラル支持アームスーパー絵素ボロメ
ータ配列の好適実施例 図40は、おおよそ4角形のボロメータの10x10配
列2100の好適実施例の平面図であり、各ボロメータ
は、パッドに接続した傾斜脚付き環状支持アームによっ
て基板上に懸垂しており、このパッドは金属線2111
〜2115または金属線2121〜2125に接続さ
れ、母線2101が線2111〜2115を共に結び合
わせ、そして母線2102が線2121〜2125を共
に結び合わせている。図41,図42は配列2100の
2x2サブ配列の拡大によるボロメータの詳細を示す。
各ボロメータは、約1920 lm2 の全範囲の懸垂膜
2132(例えば、窒化物/非晶質シリコン/窒化物か
ら成る)上に約1348 lm2 の吸収器2130を有
する。傾斜脚2134は環状支持アーム2136に接続
しており、各環状支持アームは約50(lm)長と約4
(lm)幅を有し、環状支持アーム2136はそれぞれ
電気的接続用の薄い金属ストリップを有し、そしてボロ
メータ1800の支持アーム1806,1807と類似
の熱抵抗を提供する。上端金属レベル(アルミニウム、
ニッケル、チタンまたは類似の金属、約10nm厚、3
(lm)幅)は傾斜脚2134から環状支持アーム21
36そして4つの隣接ボロメータ膜2132の端部に沿
った環状体2138まで伸び、これら4つの隣接ボロメ
ータ膜の各々および環状体2138の一部である接合体
2144に沿った電極2140を形成する。図41およ
び図42参照。膜リンク2142は、環状体2138に
接続していない4つの隣接ボロメータ膜の角部に接続す
る。これにより、膜の曲がりを防止する機械的支持が提
供される。ボロメータ1700,1800と同様に、ボ
ロメータ膜2132は窒化物/非晶質シリコン/窒化物
から成る。
Spiral support arm Super picture element bolome
Preferred embodiments view of over data sequence 40 is a plan view of a preferred embodiment of the 10x10 array 2100 of approximate square of the bolometer, the bolometer, and suspended on a substrate by tilting legged annular supporting arms connected to the pad This pad is
Or 2115 or metal lines 2121 to 2125, bus 2101 ties lines 2111 to 2115 together, and bus 2102 ties lines 2121 to 2125 together. FIGS. 41 and 42 show details of the bolometer by enlarging the 2 × 2 sub-array of the array 2100.
Each bolometer has a suspended film 2132 (e.g., a nitride / amorphous silicon / nitride) absorber 2130 to about 1348 lm 2 over the entire range of about 1920 lm 2. Inclined legs 2134 are connected to annular support arms 2136, each annular support arm being about 50 (lm) long and about 4 (lm) long.
(Lm) width, the annular support arms 2136 each have a thin metal strip for electrical connection and provide similar thermal resistance as the support arms 1806, 1807 of the bolometer 1800. Top metal level (aluminum,
Nickel, titanium or similar metal, about 10 nm thick, 3
(Lm) width) is from the inclined leg 2134 to the annular support arm 21.
36 and extends to an annulus 2138 along the edges of four adjacent bolometer films 2132 to form electrodes 2140 along each of these four adjacent bolometer films and a junction 2144 that is part of the annulus 2138. See FIG. 41 and FIG. Membrane links 2142 connect to the corners of four adjacent bolometer membranes that are not connected to annulus 2138. This provides mechanical support to prevent bending of the membrane. Like the bolometers 1700 and 1800, the bolometer film 2132 is composed of nitride / amorphous silicon / nitride.

【0061】図42は底レベルの金属線2111,21
12を示し、その上に本図の4つの角部の傾斜脚が接続
し、また金属線2121上には本図の中央の傾斜脚が接
続することを示す。
FIG. 42 shows the bottom-level metal lines 211 and 21.
Reference numeral 12 indicates that the four inclined corner legs of the figure are connected thereto, and that the central inclined leg of the figure is connected to the metal wire 2121.

【0062】支持アーム2136は膜2132の面にお
いて完全な環状に対し僅かに3/4を越えて延在してい
る。下部基板に対する熱抵抗率を増加させるために、支
持アーム2136はスパイラル形状の使用によってより
長くでき、膜2132の面にて完全な1回転以上が実現
できる。
The support arm 2136 extends slightly more than 3/4 of the way to the complete annulus at the plane of the membrane 2132. In order to increase the thermal resistivity to the lower substrate, the support arm 2136 can be made longer by using a spiral shape, and more than one full rotation at the plane of the membrane 2132 can be achieved.

【0063】応力緩和スーパー絵素ボロメータ配列の好
適実施例 図37,図38に関して説明したボロメータ製造におけ
る低応力化は、図43,図44の縦断面図にそれぞれ示
すように中央または配列周辺のいずれかで発生するスー
パー絵素2100の膜の基板への接触(熱絶縁の損失)
を引き起こし得る懸垂膜の曲がりを避けるためのプロセ
ス制御を必要とする。図45は応力緩和の好適実施例の
スーパー絵素2170を示し、それは周辺ダミー絵素2
171を加えており、そして僅かに上向きの湾曲膜を与
えるパラメータ値を中心とした付着状態を使用する。周
辺ダミー絵素2171は、図45に示すように基板と接
触してもよいが、活性絵素2173は基板から熱的絶縁
を保っている。10x10活性配列について、スーパー
絵素2170は12x12の絵素配列を有し、その内側
の10x10のサブ配列絵素のみが活性である。このよ
うに、下方湾曲の機会が最少化され上方湾曲はスーパー
絵素を破損しないので、この周辺ダミー絵素は、稼働ス
ーパー絵素を作るための付着パラメータについて広範囲
を許容する。
It is preferable to use a stress relaxation super pixel bolometer arrangement.
In the bolometer manufacturing described with reference to FIGS. 37 and 38, the reduction of the stress is achieved by the film of the super picture element 2100 generated at either the center or the periphery of the array as shown in the longitudinal sectional views of FIGS. Contact to substrate (loss of thermal insulation)
Requires process control to avoid bending of the suspended membrane that can cause FIG. 45 shows the super picture element 2170 of the preferred embodiment of the stress relaxation, which is the peripheral dummy picture element 2170.
171, and uses a deposition state centered on the parameter values giving a slightly upwardly curved membrane. The peripheral dummy picture element 2171 may be in contact with the substrate as shown in FIG. 45, but the active picture element 2173 keeps thermal insulation from the substrate. For a 10 × 10 active array, the super-pixel 2170 has a 12 × 12 pixel array and only the 10 × 10 sub-array pixels inside it are active. In this way, this peripheral dummy pixel allows a wide range of adhesion parameters to make a working superpixel, since the opportunity for downward bending is minimized and the upward bending does not damage the superpixel.

【0064】さらに、のこぎり歯状のふちを周辺ダミー
絵素の外側端部に加えて、それらの基板への熱接触を低
減してもよい。10x10の中央活性絵素2173と周
辺ダミー絵素2171を示す図46参照。のこぎり歯状
の端部2175が示されており、明瞭化のため大きい歯
を示すが、小さい歯も付加的熱絶縁を提供する。
Furthermore, a saw-toothed edge may be added to the outer edge of the peripheral dummy picture element to reduce their thermal contact with the substrate. See FIG. 46 showing a 10 × 10 central active picture element 2173 and peripheral dummy picture elements 2171. A saw-toothed end 2175 is shown, showing larger teeth for clarity, but smaller teeth also provide additional thermal insulation.

【0065】隠れた支持アームボロメータ配列の好適実
施例 図47〜図50は、基本的に懸垂吸収器および抵抗の下
部に支持アームを有する高充填率のボロメータ配列の好
適実施例の製造段階を示す。この方法により、隣接ボロ
メータ間に最小の間隔が可能となり、ボロメータ配列が
映像または高解像度スペクトルメータの目的で使用され
る場合、および各ボロメータが個別に感知される絵素で
ある場合に適用できる。もちろん、この高充填率のボロ
メータ配列は、列のパッド2201が共に図39,図4
0と同様に接続されそして化学センサに使用されるスー
パー絵素としても使用できる。図48の平面図に示す個
々のボロメータは四角であるが、他のタイル形状、例え
ば矩形および6角形であってもよい。ボロメータは、5
0(Tm)x50(Tm)のような任意のサイズで、隣
接ボロメータ間の間隔が1(Tm)幅と小さく、製作中
に使用される支持材料をプラズマ除去可能とするもので
よい。実際、隣接ボロメータ間の間隔は支持アームの幅
以下である。
Preferred Implementation of Hidden Support Arm Bolometer Array
施例 Figure 47 through Figure 50 show the fabrication steps of a preferred embodiment of a high fill factor of the bolometer array having a support arm at the bottom of essentially suspended absorber and resistance. This method allows for a minimum spacing between adjacent bolometers and is applicable when the bolometer array is used for imaging or high resolution spectrometer purposes, and where each bolometer is an individually sensed picture element. Of course, in this bolometer arrangement with a high filling rate, the pads 2201 in the row are both shown in FIGS.
It can also be used as a super picture element connected in the same way as 0 and used in chemical sensors. The individual bolometers shown in the plan view of FIG. 48 are square, but may be other tile shapes, such as rectangular and hexagonal. Bolometer is 5
An arbitrary size such as 0 (Tm) × 50 (Tm), the distance between adjacent bolometers may be as small as 1 (Tm) width, and the support material used during fabrication may be plasma-removable. In fact, the spacing between adjacent bolometers is less than or equal to the width of the support arm.

【0066】製造方法の好適実施例は図33〜図36に
関して先に説明した段階および材料を含み、工程は以下
の通りである。 (1)第1のポリイミド層2203(約1 lm厚)
を、既に形成されておりかつボロメータ支持アームがそ
の上に形成された金属着地パッド2201に接続されて
いる回路を備えた基板上に付着させる。着地パッド22
01は所望の絵素サイズにしたがって間隔を設けてあ
る。第1のポリイミド層2203を通して着地パッド2
201まで介在体(図33〜図36に関して先に説明し
たように、くさび形ホトレジストおよびポリイミドの酸
素プラズマエッチングを使用する)を形成する。左の部
分の平面図および右の部分の対応断面図を示す図47参
照。
A preferred embodiment of the manufacturing method includes the steps and materials previously described with respect to FIGS. 33-36, and the process is as follows. (1) First polyimide layer 2203 (about 1 lm thickness)
Is deposited on a substrate with circuits already formed and with bolometer support arms connected to metal landing pads 2201 formed thereon. Landing pad 22
01 is provided with an interval according to a desired picture element size. Landing pad 2 through first polyimide layer 2203
Intermediates 201 are formed (using wedge photoresist and oxygen plasma etching of polyimide as previously described with respect to FIGS. 33-36). See FIG. 47 which shows a plan view of the left part and a corresponding sectional view of the right part.

【0067】(2)介在体下部の着地パッド2201ま
で延在した、支持アーム材料および電気的導電材料(例
えば、非晶質シリコンおよび金属の同一または異なる)
の層を付着する。この層を写真印刷によりパターン化お
よびエッチングし支持アームを形成する。支持アーム材
料は、導電材料の付着およびそれに続くパターン化およ
びエッチングに先行して、パターン化およびエッチング
されてもよい。これにより4Tm幅200〜400nm
厚の支持アーム2205を形成する。電気的導電材料か
ら着地パッド2201への電気的接続を確保するため、
支持アーム2205は全ての着地パッド2201を被覆
せず、そして金属脚接触タブ2207が付着と写真印刷
によりパターン化およびエッチングにより形成される。
図47参照。代替例として、支持アーム材料と電気的導
電材料を別々にパターン化およびエッチングすると、電
気的導電材料は直接着地パッド2201に接続する(図
29の非晶質シリコン支持アーム上に付着したアルミニ
ウムに類似する)。
(2) The support arm material and the electrically conductive material (for example, the same or different from amorphous silicon and metal) extending to the landing pad 2201 under the interposition body
A layer of This layer is patterned and etched by photographic printing to form a support arm. The support arm material may be patterned and etched prior to deposition of the conductive material and subsequent patterning and etching. Thereby, 4Tm width of 200 to 400 nm
A thick support arm 2205 is formed. To ensure an electrical connection from the electrically conductive material to the landing pad 2201,
The support arm 2205 does not cover all the landing pads 2201, and metal foot contact tabs 2207 are formed by deposition and photolithography by patterning and etching.
See FIG. Alternatively, if the support arm material and the electrically conductive material are separately patterned and etched, the electrically conductive material connects directly to the landing pad 2201 (similar to aluminum deposited on the amorphous silicon support arm of FIG. 29). Do).

【0068】(3)第2のポリイミド層2213(約1
lm厚)を支持アーム2205と第1のポリイミド層
2203上に付着し、第2のポリイミド層2213が第
1のポリイミド層2203内の介在体中に充填し、平坦
面を有する。窒化物およびチタンの層の付着およびそれ
に続く先に説明した写真印刷およびエッチングによっ
て、ポリイミド2213上に吸収器を形成する。吸収器
は、図32の吸収器1892と類似して、ボロメータの
中央部分に位置する。吸収器および抵抗はボロメータサ
イズに依存してボロメータ範囲の80〜90%を占め
る。
(3) The second polyimide layer 2213 (about 1
(lm thickness) on the support arm 2205 and the first polyimide layer 2203, and the second polyimide layer 2213 fills the intervening body in the first polyimide layer 2203 and has a flat surface. An absorber is formed on polyimide 2213 by deposition of a layer of nitride and titanium followed by photographic printing and etching as described above. The absorber is located in the central part of the bolometer, similar to the absorber 1892 of FIG. Absorbers and resistors occupy 80-90% of the bolometer range depending on the bolometer size.

【0069】(4)第2のポリイミド層2213を通し
て、着地パッド2201から離れた支持アーム2205
の端部まで介在体を形成する。左の部分に平面図そして
右の部分に対応する断面図を示す図48参照。再度、く
さび形介在体が使用できる。次に、窒化物および抵抗材
料である非晶質シリコンの層を付着する。窒化物、チタ
ン、窒化物、非晶質シリコンおよび(最終の)上端窒化
物の積層体がボロメータ膜2215を形成する。低応力
の部分で先に説明したように、窒化物は低応力状態で付
着でき、そして上端の窒化物の厚みは個々のボロメータ
の湾曲を防止するために使用する。
(4) Support arm 2205 separated from landing pad 2201 through second polyimide layer 2213
Is formed up to the end of. See FIG. 48, which shows a plan view on the left and a cross-sectional view corresponding to the right. Again, wedge-shaped interposers can be used. Next, a layer of nitride and amorphous silicon, a resistive material, is deposited. A stack of nitride, titanium, nitride, amorphous silicon, and (final) top nitride forms bolometer film 2215. As described earlier in the low stress section, the nitride can be deposited in a low stress state, and the nitride thickness at the top is used to prevent bending of individual bolometers.

【0070】(5)膜2215を写真印刷によるパター
ン化およびエッチングし、別々の絵素を形成し、そして
また第2のポリイミド層2213中の介在体の底部の膜
2215中に穴を開けて、支持アーム2205の端部を
露出させる。抵抗材料から支持アーム2205への電気
的接続を形成するため、また図32の抵抗の一側面に沿
って延長するため、接触金属2217が写真印刷による
パターン化、金属付着およびレジスト除去により形成さ
れる。同様に、傾斜脚間の薄い金属2217を支持アー
ム2205に接続するために、厚い金属リンクが形成さ
れてもよい。図48参照。
(5) Patterning and etching the film 2215 by photographic printing to form separate picture elements, and also piercing the bottom polyimide film 2215 in the second polyimide layer 2213, The end of the support arm 2205 is exposed. A contact metal 2217 is formed by photolithographic patterning, metal deposition, and resist stripping to make electrical connections from the resistive material to the support arm 2205 and extend along one side of the resistor of FIG. . Similarly, thick metal links may be formed to connect the thin metal 2217 between the inclined legs to the support arm 2205. See FIG.

【0071】(6)上端の窒化物層を付着し、絵素を分
離するためにパターン化しそして両方のポリイミド層を
除外して懸垂ボロメータを完成させる。直角方向からの
縦断面図である図49,図50を参照。
(6) Deposit the top nitride layer, pattern to separate the picture elements and eliminate both polyimide layers to complete the suspended bolometer. See FIGS. 49 and 50, which are longitudinal sectional views from a right angle direction.

【0072】基板基準抵抗の好適実施例 図18,図19は図16の検出器900のホトコンダク
タ形を示し、そのホトコンダクタ902〜904は本質
的に熱的に基板に結合され、そしてホトコンダクタ90
4はホトコンダクタ902により入力放射から遮断され
ている。検出器900のボロメータ形は、熱的絶縁のた
めにボロメータ902が基板上に懸垂される必要があ
り、また同様の懸垂ボロメータ904の遮断がホトコン
ダクタ程には簡単でないので、さらに複雑である。好適
実施例のボロメータ検出器2300は、基板上に位置し
そして懸垂ボロメータと同一の抵抗材料、例えば非晶質
シリコンから成る非遮蔽基準抵抗904を使用すること
によって、問題を避けている。支持アーム2306,2
307、および下部基板上の窒化物/非晶質シリコン/
窒化物膜2304を懸垂している傾斜脚2312,23
13の平面図を示す図51を参照。ここにおいて、下部
基板は懸垂膜上に吸収器2302を有し、そして基板直
上の窒化物/非晶質シリコン/窒化物2334の膜から
成る隣接抵抗を有している。金属膜2320,2321
は支持アーム2306,2307に沿った電気的抵抗を
低下させ、そして膜2304の懸垂非晶質シリコン抵抗
に端部接触し、また同様にアルミニウム膜2340,2
341が膜2334の非晶質シリコン抵抗に端部接触し
ている。
Preferred Embodiment of Substrate Reference Resistance FIGS. 18 and 19 show a photoconductor configuration of the detector 900 of FIG. 16, wherein the photoconductors 902-904 are essentially thermally coupled to the substrate and 90
4 is blocked from input radiation by the photoconductor 902. The bolometer configuration of the detector 900 is further complicated because the bolometer 902 needs to be suspended above the substrate for thermal isolation, and shutting off a similar suspended bolometer 904 is not as simple as a photoconductor. The bolometer detector 2300 of the preferred embodiment avoids the problem by using an unshielded reference resistor 904 located on the substrate and made of the same resistive material as the suspended bolometer, eg, amorphous silicon. Support arm 2306,2
307, and nitride / amorphous silicon /
Inclined legs 2312, 23 suspending nitride film 2304
See FIG. 51 which shows a plan view of No. 13. Here, the lower substrate has an absorber 2302 on the suspended film and an adjacent resistor consisting of a nitride / amorphous silicon / nitride 2334 film immediately above the substrate. Metal films 2320 and 2321
Reduces the electrical resistance along the support arms 2306, 2307 and makes end contact with the suspended amorphous silicon resistance of the membrane 2304, as well as the aluminum membrane 2340,2
341 is in end contact with the amorphous silicon resistance of film 2334.

【0073】基準抵抗904の代替実施例。抵抗は検出
器下部の保存範囲に置かれる。これは、映像検出に使用
される絵素配列において、理想的なものとして絵素がそ
の間に出来るだけ小さい非活性空間を有するという利点
を与える。そのような基板基準抵抗は、それが熱蓄積器
として働く基板に熱的に結合されるので、遮蔽される必
要がない。実際、そのような基準抵抗2334は、基板
温度が入力放射のないボロメータ温度に等しいので、基
板温度の変動を補償する。このように、ボロメータ抵抗
および同一の材料と抵抗(サイズ)の基板基準抵抗によ
り、基板温度の変化が2つの抵抗値の同一変化を導きそ
してそれを相殺する。
An alternative embodiment of the reference resistor 904. The resistance is placed in the storage area below the detector. This offers the advantage that, in the picture element arrangement used for image detection, picture elements ideally have as little inactive space in between. Such a substrate reference resistor does not need to be shielded because it is thermally coupled to the substrate that acts as a heat accumulator. In fact, such a reference resistor 2334 compensates for variations in substrate temperature since the substrate temperature is equal to the bolometer temperature without input radiation. Thus, with a bolometer resistor and a substrate reference resistance of the same material and resistance (size), a change in substrate temperature will lead to and cancel the same change in the two resistance values.

【0074】スーパー絵素配列ボロメータについて、基
板基準抵抗は比例的により小さい抵抗値を有し、そして
より小さい抵抗値はより短い膜2334によって、また
はアルミニウム膜2340,2341を指状に延ばすこ
とにより、またはその組み合わせにより達成できる。指
2342,2343を示す図52参照。20メガオーム
の単一絵素ボロメータ抵抗値、およびスーパー絵素を形
成する10x10の並列接続ボロメータ配列について、
基板基準抵抗の抵抗値は、スーパー絵素中の並列の百個
のボロメータの抵抗値に適合するように、単に200キ
ロオームである。膜の抵抗値はドーピングレベルを調整
することにより調整できる。読み取り回路に依存して、
1キロオーム乃至500メガオームの範囲の抵抗値が望
ましい。
For a super pixel array bolometer, the substrate reference resistance has a proportionally smaller resistance, and the lower resistance is provided by a shorter film 2334 or by extending the aluminum films 2340, 2341 in a finger-like manner. Or it can be achieved by a combination thereof. See FIG. 52 showing the fingers 2342, 2343. For a single pixel bolometer resistance of 20 megohms and a 10x10 parallel connected bolometer array forming a super pixel,
The resistance value of the substrate reference resistor is simply 200 kOhm to match the resistance value of one hundred bolometers in parallel in the super pixel. The resistance of the film can be adjusted by adjusting the doping level. Depending on the reading circuit,
A resistance in the range of 1 kiloohm to 500 megaohm is desirable.

【0075】金属接点2340,2341を備え、基板
に熱的結合した基準抵抗2334がまた懸垂ボロメータ
素子2304の直下に位置できる。これにより、最大の
型範囲が利用でき、そしてスーパー絵素および1つの範
囲または線形範囲から成る単一素子の両方に適用できる
ようになる。図55は、懸垂膜2350および基準抵抗
膜2355の直上で間隔をあけた関連支持アーム235
3の断面図を示している。吸収器2351の電気的絶縁
に使用される同一の絶縁材料2352は、反射器材料2
357が膜2355の上端面に取り付けできるように、
使用できる。全ての適用に要求される訳ではないが、2
つの電極が共通電極2354を形成するために組合わさ
れ、結果として型範囲を一層最適化できる。共通電極2
359によって低い熱基準抵抗2360に接続されてい
る懸垂素子2358により電圧割算器ネットワークを実
現することを同様の概略図が示している。
A reference resistor 2334 with metal contacts 2340, 2341 and thermally coupled to the substrate can also be located directly below the suspended bolometer element 2304. This allows the largest pattern range to be used and applies to both super-picture elements and single elements consisting of one range or linear range. FIG. 55 illustrates an associated support arm 235 spaced directly above the suspension membrane 2350 and the reference resistance membrane 2355.
3 shows a cross-sectional view. The same insulating material 2352 used for electrical insulation of the absorber 2351 is
357 can be attached to the top surface of the membrane 2355,
Can be used. Although not required for all applications, 2
The two electrodes are combined to form a common electrode 2354, which can further optimize the mold range. Common electrode 2
A similar schematic illustrates implementing a voltage divider network with a suspension element 2358 connected to a low thermal reference resistor 2360 by 359.

【0076】図53,図54は、図33〜図38に関し
て説明した段階に続く検出器2300の製造段階を示し
ている。まず、ポリイミド層が回路と金属着地パッドお
よび基準抵抗端子上に形成される。次に、傾斜脚(再度
くさび形の)および基板基準抵抗の位置用の開口にてホ
トレジストをパターン化する。先に述べたように、プラ
ズマエッチングを行い、ホトレジストを侵食しポリイミ
ドを除外して金属着地パッドの一部および抵抗端子を露
出させる。次に、窒化物、非晶質シリコンおよび窒化物
を付着させ、そして図54に示すように、それを写真印
刷によりパターン化する。次に、窒化物を介してイオン
ミルして非晶質シリコンを露出させそしてアルミニウム
を付着し、レジストを取り除き、最後に前述のようにポ
リイミドを取り除く。
FIGS. 53 and 54 show the stage of manufacture of the detector 2300 following the stage described with reference to FIGS. First, a polyimide layer is formed over the circuit and metal landing pads and reference resistance terminals. Next, the photoresist is patterned with openings for the sloped legs (again wedge-shaped) and the location of the substrate reference resistor. As described above, a plasma etch is performed to erode the photoresist, excluding the polyimide, exposing a portion of the metal landing pad and the resistor terminals. Next, nitride, amorphous silicon and nitride are deposited and patterned by photo printing, as shown in FIG. Next, ion mill through nitride to expose the amorphous silicon and deposit aluminum, remove the resist, and finally remove the polyimide as described above.

【0077】内部陰つきパッケージの好適実施例 図56〜図58は、赤外線透過パッケージ蓋2410の
内部の赤外線阻止膜(陰)つきの赤外線検出器2401
〜2404の真空パッケージ2x2配列2400の好適
実施例の平面および縦断面図を示す。蓋2410上の狭
帯域光学フィルター2411〜2414が対応する検出
器2401〜2404および陰2406内の開口上に位
置する。図57,図58に示すように、陰2406は、
対応する重複フィルターの通過を除き、全ての入射赤外
線放射を検出器から阻止する。開口の目的は、その下部
の検出器への(垂直)軸光を制限し、そしてパッケージ
内で内部反射する光が別の検出器に当たることを防止す
る。内部陰(外部陰に対する)は検出器により近く、し
たがって目的の検出器への光に制限する。実際、陰24
06の開口は本質的に、図57,図58の光線のトレー
スで示される検出器の(小さい)活性範囲と光学フィル
ターの(大きい)範囲間の大きさの相違を内挿する。図
57は、検出器2401が図56の水平方向に直角な方
向から26°および 41°の開口角を有するコーンに
入射する放射を受けることを示しており、そして図58
は、垂直方向に50°の開口角を示している。この角度
は適用例に依存して変化する。また、図57の光線24
50は検出器2401とフィルター2412間の通路を
阻止する陰2406を示し、そして図58の光線245
1はフィルター2411と検出器2403間の通路を阻
止する陰2406を示す。
Preferred Embodiment of Internal Shaded Package FIGS. 56-58 show an infrared detector 2401 with an infrared blocking film (shadow) inside the infrared transmitting package lid 2410. FIG.
2A shows a plan and longitudinal sectional view of a preferred embodiment of a 2 × 2 array of vacuum packages 2400. Narrow bandpass filters 2411-2414 on lid 2410 are located over corresponding detectors 2401-2404 and apertures in shade 2406. As shown in FIGS. 57 and 58, the shadow 2406 is
All incident infrared radiation is blocked from the detector except for the passage of the corresponding overlapping filters. The purpose of the aperture is to limit the (vertical) axis light to the detector below it and to prevent light internally reflected within the package from hitting another detector. The inner shade (as opposed to the outer shade) is closer to the detector and thus limits light to the target detector. In fact, shade 24
The aperture at 06 essentially interpolates the size difference between the (small) active area of the detector and the (large) area of the optical filter, shown by the ray traces in FIGS. FIG. 57 shows that detector 2401 receives radiation incident on a cone having an aperture angle of 26 ° and 41 ° from the direction perpendicular to the horizontal direction of FIG. 56, and FIG.
Indicates an opening angle of 50 ° in the vertical direction. This angle will vary depending on the application. Also, the ray 24 in FIG.
Numeral 50 indicates a shadow 2406 that blocks the passage between the detector 2401 and the filter 2412, and a ray 245 in FIG.
1 shows a shadow 2406 that blocks the passage between the filter 2411 and the detector 2403.

【0078】各検出器2401〜2404は、単一のボ
ロメータまたはボロメータ配列と回路を備えそして約
1. 5mm角のシリコン集積回路であり、陰2406の
対応開口は約2mmx2. 5mmである。隣接する検出
器はおおよそ5mmまたは10mm離れている。蓋24
10は約9mmx17mmであり、セラミックパッケー
ジベース2430は約10mmx25mmx3mm厚で
ある。セラミックパッケージベース2430は、ニッケ
ル上に金のシールバンド(蓋取り付け用)を備えた焼結
アルミニウム酸化物から成る。検出器2401〜240
4はセラミックパッケージベース2430にハンダ付け
された金:錫(80%:20%)である。検出器および
パッケージリードフレームおよびリード間の結合ワイヤ
は全般的に示されておらず、分離前のリードの外部部分
のみが図58に示される。蓋2410は赤外線透過性で
あり、ゲルマニウムの(または他の)反射防止被覆を備
えた0. 5mm厚のシリコン(またはゲルマニウム)か
ら形成される。陰2406は金/ニッケル/クロムの
0.5(lm)厚の積層である。検出器2401〜24
04は蓋2410から約0. 25mm離れている。フィ
ルター2411〜2414は約4mmx7mmx0. 2
5mm厚の多層干渉フィルターであり、それらの周囲に
沿ってエポキシ接着剤で蓋2410に取り付けられる。
Each detector 2401-2404 comprises a single bolometer or bolometer array and circuitry and is a silicon integrated circuit of about 1.5 mm square, and the corresponding aperture of the shade 2406 is about 2 mm × 2.5 mm. Adjacent detectors are approximately 5 mm or 10 mm apart. Lid 24
10 is about 9 mm × 17 mm, and the ceramic package base 2430 is about 10 mm × 25 mm × 3 mm thick. The ceramic package base 2430 is made of sintered aluminum oxide with a gold seal band (for lid attachment) on nickel. Detectors 2401 to 240
Reference numeral 4 denotes gold: tin (80%: 20%) soldered to the ceramic package base 2430. The coupling wires between the detector and the package lead frame and the leads are not shown generally, only the outer portions of the leads before separation are shown in FIG. The lid 2410 is infrared transparent and is formed of 0.5 mm thick silicon (or germanium) with a germanium (or other) anti-reflective coating. The shade 2406 is a layer of gold / nickel / chrome having a thickness of 0.5 (lm). Detectors 2401 to 24
04 is about 0.25 mm away from lid 2410. The filters 2411 to 2414 are about 4 mm × 7 mm × 0.2.
5 mm thick multilayer interference filters, attached to lid 2410 with epoxy adhesive along their perimeter.

【0079】真空パッケージの好適実施例 検出器2401〜2404は熱的絶縁を備えたボロメー
タを採用しており、検出器2401〜2404に対する
充分なガス圧力が熱的導電通路を提供することによって
それらの感度を制限する。実際、蓋2410とセラミッ
クパッケージベース2430間の空隙内のガス圧力は2
00mTorr以下に、好ましくは50−100mTo
rrに維持されるべきである。金:錫共晶が蓋2410
をセラミックパッケージベース2430に取り付け、そ
して検出器2401〜2404をパッケージベースに取
り付ける。取り付けのためにエポキシに代えて金:錫を
使用することで、有機エポキシからの排出ガスが空隙中
に入ることを避けている。金/ニッケル/クロムの陰2
406は、ガストラップを避ける金の付着により形成さ
れる。チタン/パラジウム/金の金属系も使用できる。
クロムはシリコン蓋2410への接着を提供し、そして
ニッケルはクロムと金間の拡散障壁を提供する。陰24
06は、検出器上の開口を画定するパターン化されたホ
トレジスト上に付着させた金/ニッケル/クロムを上昇
させることによって形成できる。金/ニッケル/クロム
は蓋周辺まで延在し、そして金:錫が蓋上の金/ニッケ
ル/クロムをパッケージベース内のニッケルシールバン
ド上の金に接続することに注意されたい。金:錫は始め
は約50〜75(lm)の厚みを有するが、シールの間
に圧縮される。シール方法の好適実施例についての以下
の説明を参照。
Preferred Embodiments of Vacuum Package The detectors 2401-2404 employ bolometers with thermal isolation, and sufficient gas pressure on the detectors 2401-2404 provides them with a thermally conductive path. Limit sensitivity. In fact, the gas pressure in the gap between the lid 2410 and the ceramic package base 2430 is 2
00mTorr or less, preferably 50-100mTo
rr should be maintained. Gold: Tin eutectic with lid 2410
Is attached to the ceramic package base 2430, and the detectors 2401-2404 are attached to the package base. The use of gold: tin instead of epoxy for attachment avoids exhaust gases from the organic epoxy entering the void. Gold / nickel / chrome shade 2
406 is formed by gold deposition avoiding the gas trap. Titanium / palladium / gold metal systems can also be used.
Chromium provides adhesion to the silicon lid 2410, and nickel provides a diffusion barrier between chromium and gold. Shadow 24
06 can be formed by raising gold / nickel / chromium deposited on a patterned photoresist that defines openings on the detector. Note that the gold / nickel / chrome extends around the lid and gold: tin connects the gold / nickel / chrome on the lid to the gold on the nickel seal band in the package base. Gold: Tin initially has a thickness of about 50-75 (lm), but is compressed during the seal. See the following description of the preferred embodiment of the sealing method.

【0080】低温ゲッターが空隙中に挿入され、活性化
されてもよい。パッケージフロアに取り付けられたワイ
ヤ結合2472によって維持されたゲッター2470を
示す図59および図60を参照。ゲッターはまた適所に
スポット溶接またはハンダ付けされてもよい。ゲッター
2470はジルコニウム−バナジウム−鉄または同様の
ガス吸着材料から成る。
A cold getter may be inserted into the void and activated. See FIGS. 59 and 60 showing getter 2470 maintained by wire bonds 2472 attached to the package floor. The getter may also be spot welded or soldered in place. Getter 2470 is comprised of zirconium-vanadium-iron or a similar gas sorbing material.

【0081】検出器2401〜2404を含む空洞は約
80mm3 の体積を有する。実験の結果、空洞中の約2
00mTorr初期圧力でシールしたパッケージ240
0は1年後に300mTorr以下の空洞圧を維持し
た。すなわち、パッケージ2400は1年間で100m
Torr以下の圧力上昇を示し、同様の圧力上昇が他の
初期圧力にも適用できる。また、パッケージ2400は
1mTorr以下の初期圧力でシールされており、また
加速テストにより、圧力が1年後に10mTorr以下
に維持されていることが示されている。このように、パ
ッケージ2400は非常に低い圧力への適用性を有して
いる。
The cavity containing the detectors 2401-2404 has a volume of about 80 mm 3 . As a result of the experiment, about 2
Package 240 sealed at 00 mTorr initial pressure
0 maintained the cavity pressure below 300 mTorr after one year. That is, the package 2400 is 100 m in one year.
It indicates a pressure rise below Torr, and similar pressure rises can be applied to other initial pressures. Also, package 2400 is sealed at an initial pressure of 1 mTorr or less, and accelerated tests show that the pressure is maintained at 10 mTorr or less after one year. Thus, package 2400 has very low pressure applicability.

【0082】パッケージ2400は別の材料から作られ
てもよく、その真空性能を維持する。特に、蓋は低い多
孔質の焼結セラミックまたは非金属(多)結晶材料、ま
たはガス抜きガラスまたはVAR金属であってもよく、
そしてこれら全ての材料のガス排出がかなり制限されて
いるので、パッケージベースはこれらの同一材料のいず
れかで作られてよい。別の方法は便利な材料を用い、そ
して空洞面にガス拡散障壁(例えば、シリコン窒化物)
を適用することである。実際、パッケージベースは、シ
ールバンドとして、そして空洞の底部においては蓋およ
び検出器それぞれの金:錫ハンダに接続するために、好
ましくはニッケル上に金被覆を有している。シール用の
金:錫は、他の低ガス排出ハンダまたは低温度シール用
インジウムによって置き換えられる。
Package 2400 may be made from another material and maintain its vacuum performance. In particular, the lid may be a low-porous sintered ceramic or non-metallic (poly) crystalline material, or vented glass or VAR metal;
And since the gas emissions of all these materials are quite limited, the package base may be made of any of these same materials. Another method uses a convenient material, and a gas diffusion barrier (eg, silicon nitride) on the cavity surface
Is to apply. In fact, the package base has a gold coating, preferably on nickel, as a seal band and at the bottom of the cavity to connect to the gold: tin solder of the lid and detector respectively. Sealing Gold: Tin is replaced by other low outgas solder or low temperature sealing indium.

【0083】別のパッケージおよび組み立て方法は、蓋
取り付け後に空洞が排気されるように、真空にしないで
蓋2410をセラミックパッケージベース2430にハ
ンダ付けし、セラミックパッケージベース2430にポ
ートを提供することである。排気の後、低温度インジウ
ムハンダシール(熔融または冷間プレスのいずれか)が
ポートをふさぐ。または、空洞へのポートが、熔融によ
る排気の後に容易にシールされるガラス管であってもよ
い。
Another method of packaging and assembling is to solder lid 2410 to ceramic package base 2430 without vacuum and to provide a port to ceramic package base 2430 so that the cavity is evacuated after the lid is attached. . After evacuation, a low temperature indium solder seal (either molten or cold pressed) plugs the port. Alternatively, the port to the cavity may be a glass tube that is easily sealed after evacuation by melting.

【0084】真空パッケージの別の形は、マイクロメカ
ニカル共振器のような種々のマイクロマシーンまたは他
の構造用に使用でき、そして蓋は透明である必要がな
い。金:錫シールと蓋上の蒸発またはイオンメッキ外側
金層の使用により、他の蓋では見られるガス排出を除外
し、真空を維持する。
Another form of vacuum package can be used for various micromachines or other structures, such as micromechanical resonators, and the lid need not be transparent. Gold: Use of a tin seal and evaporation or ion-plated outer gold layer on the lid eliminates outgassing seen with other lids and maintains a vacuum.

【0085】真空パッケージシールの好適実施例 図61〜図63は、以下の段階を含む真空パッケージ2
400のシール方法の好適実施例を示す。 (1)検出器2401〜2404およびゲッター247
0が取り付けられたパッケージベース2430を懸垂さ
せ、および蓋2410上の金のシールバンドを上下反転
させ、金:錫2470は真空炉中で蓋の周囲(金/ニッ
ケル/クロム表面層または同等の機能を備えた金属)に
沿った4つの角部に金:錫2470がタック溶接され
る。炉を0. 001mTorrに排気する。図61参
照。
Preferred Embodiment of Vacuum Package Seal FIGS. 61 to 63 illustrate a vacuum package 2 including the following steps.
4 shows a preferred embodiment of the 400 sealing method. (1) Detectors 2401-2404 and getter 247
0 is suspended and the gold seal band on the lid 2410 is turned upside down, and gold: tin 2470 is placed around the lid (gold / nickel / chrome surface layer or equivalent) in a vacuum furnace. Gold: tin 2470 is tack-welded to the four corners along the (metal with). The furnace is evacuated to 0.001 mTorr. See FIG.

【0086】(2)炉の温度を2700℃に24時間保
って焼き、真空シールの後に空洞中に入る可能性のある
排出ガスを取り除く。金:錫2480は融点2800℃
の共晶であり、したがって蓋2410の適所に保持され
る。
(2) The temperature of the furnace is maintained at 2700 ° C. for 24 hours to bake, and exhaust gas which may enter the cavity after vacuum sealing is removed. Gold: tin 2480 has a melting point of 2800 ° C
And is thus held in place on lid 2410.

【0087】(3)焼き付けの終了時に、温度を310
〜3200℃にはね上げ、そして約6〜7分維持する。
これにより、金:錫2480を熔融し、そしてさらにガ
ス排気を促進するが、金/ニッケル/クロムから金が
金:錫中に溶解させることはなしに、融点を増加させ
る。反対方向ではなくてパッケージベースの下部に蓋2
410を有することにより、熔融した金:錫2480が
蓋2410から落下することを防止する。図62参照。
(3) At the end of baking, the temperature is set to 310
Raise to ~ 3200 ° C and hold for about 6-7 minutes.
This will melt the gold: tin 2480 and further promote outgassing, but will increase the melting point without the gold dissolving in the gold / tin from gold / nickel / chromium. Lid 2 at the bottom of the package base, not in the opposite direction
Having the 410 prevents the molten gold: tin 2480 from falling off the lid 2410. See FIG.

【0088】(4)2〜4分間の再流動によりシールを
形成するために、熔融金:錫2480を備えた蓋241
0上にパッケージベース2430を降下させる。図63
参照。金:錫2480は約50〜75(lm)の初期厚
みを有し、そして蓋またはパッケージベースまたはそれ
らの両方の平坦度の欠陥を補償する。つぎに、急激に室
温に降下させる。
(4) Lid 241 provided with molten gold: tin 2480 to form a seal by reflow for 2 to 4 minutes
The package base 2430 is moved down to 0. FIG.
reference. Gold: tin 2480 has an initial thickness of about 50-75 (lm) and compensates for flatness defects in the lid and / or package base. Next, the temperature is rapidly lowered to room temperature.

【0089】焼き付けにより、さらにゲッターの活性化
が得られる。ゲッター2400は表面吸着ガスと化学反
応して不揮発性となり、そして熱的活性化が非反応ゲッ
ター材料を表面に運んで、蓋シール後の吸着ガスと最終
的に反応する。
By baking, further activation of the getter is obtained. Getter 2400 chemically reacts with the surface adsorbed gas to become non-volatile, and thermal activation carries unreacted getter material to the surface, where it eventually reacts with the adsorbed gas after lid sealing.

【0090】代替的な方法は、パッケージベース243
0上に蓋2410をのせるような方向反転であり、しか
し金:錫2480をパッケージベース2430上に有す
ることである。焼き付け時間および温度は12〜36時
間の間で変化できる。また、ゲッター2470は電気的
に活性であり、これにより一層完全な活性化がえられ、
したがって、より大きいゲッター容量に起因してより短
期の焼き付けが可能となる。また、外側の層がガスを排
出しなければ、他の材料も使用できる。このように、ア
ルゴン(スパッター因子)を吸収するスパッタされた金
が真空を維持せず、しかし蒸発した金は真空を維持す
る。
An alternative is to use package base 243
0, but with gold: tin 2480 on the package base 2430. Baking times and temperatures can vary between 12 and 36 hours. Also, getter 2470 is electrically active, which allows for more complete activation,
Thus, a shorter bake is possible due to the larger getter capacity. Other materials can also be used, provided that the outer layer does not emit gas. Thus, sputtered gold absorbing argon (sputter factor) does not maintain a vacuum, but evaporated gold maintains a vacuum.

【0091】スペクトロメータ 系の化学的または物理的状態の特徴は、波長の全範囲に
渡って系からの赤外線吸収または発射をスペクトルメー
タで測定することによって確立できる。図64は検出器
集積回路2501を含むスペクトルメータ2500の好
適実施例の平面図であり、検出器集積回路2501はパ
ッケージベース2530中の128個の隣接する2x1
0スーパー絵素ボロメータの線形配列2503と赤外線
透過蓋2510の下部に階調干渉フィルター2511を
有する。フィルター2511は矩形であり、長い側面の
方向に沿って線形に変化する中心波長を備えたバンドパ
スフィルターであり、その長い側面の方向はまたボロメ
ータの線形配列の長手方向である。中心波長は線形配列
2503の長さに渡って約2の係数で変化する。このよ
うに、ボロメータに当たる波長帯域は線形配列2503
の長手方向にそって変化し、これによりスペクトル分離
が提供される。もちろん、いくぶんコリメートした入力
放射はクロストークを制限し、そして解像度を改善する
が、絵素の密接およびフィルターの連続性が陰の使用を
除外している。
The characteristics of the chemical or physical state of a spectrometer system can be established by measuring infrared absorption or emission from the system over the entire wavelength range with a spectrometer. FIG. 64 is a plan view of a preferred embodiment of a spectrometer 2500 including a detector integrated circuit 2501, wherein the detector integrated circuit 2501 has 128 adjacent 2 × 1 in a package base 2530.
A gradation interference filter 2511 is provided below the linear array 2503 of the 0 super picture element bolometer and the infrared transmission cover 2510. Filter 2511 is a rectangular, bandpass filter with a center wavelength that varies linearly along the long side direction, the long side direction also being the longitudinal direction of the linear array of bolometers. The center wavelength varies by a factor of about 2 over the length of the linear array 2503. As described above, the wavelength band corresponding to the bolometer is a linear array 2503.
Along the longitudinal direction, which provides spectral separation. Of course, somewhat collimated input radiation limits crosstalk and improves resolution, but the closeness of pixels and the continuity of filters precludes the use of shadows.

【0092】単に多重ボロメータ配列を一緒にすること
により、より広い範囲の波長が解析できる。図65は4
つの隣接配列を示し、配列2551は2. 0〜4. 0
(lm)の中心波長範囲を有するフィルター2561の
下部にあり、配列2552は3. 5〜7. 0(lm)の
中心波長範囲を有するフィルター2562の下部にあ
り、配列2553は6. 0〜12. 0(lm)の中心波
長範囲を有するフィルター2563の下部にあり、そし
て配列2554は10. 0〜20. 0(lm)の中心波
長範囲を有するフィルター2564の下部にある。この
ように、4つの配列の組が配列間で僅かに重複しながら
2. 0〜20. 0(lm)の範囲をカバーし、単一のフ
ィルターの中心波長範囲は2の比を越えない。この4つ
の配列は一体で概ねスペクトルを400の間隔に分割
し、それによって信号処理によりスペクトルメータは1
%以下の解像度を有する。
By simply combining multiple bolometer arrays, a wider range of wavelengths can be analyzed. FIG.
Shows two contiguous sequences, with sequence 2551 being 2.0-4.0.
The array 2552 is below the filter 2562 having a center wavelength range of 3.5-7.0 (lm), and the array 2553 is below the filter 2561 having a center wavelength range of (lm). The array 2554 is below the filter 2564 having a center wavelength range of 10.0 to 20.0 (lm) and the array 2554 is below the filter 2564 having a center wavelength range of 0.0 (lm). Thus, the set of four arrays covers the range of 2.0 to 20.0 (lm) with slight overlap between the arrays, and the central wavelength range of a single filter does not exceed the ratio of two. The four arrangements together divide the spectrum approximately into 400 intervals, so that signal processing allows the spectrometer to
% Resolution.

【0093】図66,図67は好適実施例のスペクトル
メータ2500のボロメータ範囲の平面および縦断面図
である。各絵素は約50(lm)角であり、線形配列は
12. 8mm長と0. 5mm幅である。各スーパー絵素
は、図66の列2601,2602のようなそれぞれ1
0絵素の2つの列であり、読みだし母線がこの2つの列
間の支持に接続し、そして隣接するスーパー絵素が列2
602と2603間の支持に接続するようにバイアス電
圧源を共有している。先に説明した電子的チョッピング
装置および基板基準抵抗は適用でき、そしてその回路が
この線形配列に並列に位置できる。
FIGS. 66 and 67 are a plan view and a longitudinal sectional view of the bolometer range of the spectrum meter 2500 of the preferred embodiment. Each picture element is about 50 (lm) square, and the linear array is 12.8 mm long and 0.5 mm wide. Each super picture element has a value of 1 as shown in columns 2601 and 602 of FIG.
0 pixels are in two columns, the reading bus connects to the support between the two columns, and the adjacent super pixel is column 2
A bias voltage source is shared to connect to the support between 602 and 2603. The previously described electronic chopping device and substrate reference resistor are applicable, and the circuit can be placed in parallel in this linear array.

【0094】階調干渉フィルター2511は異なる誘電
率の多層誘電体から成り、通過バンド中心波長は層厚み
に依存し、通過バンド中心波長の変化は装置厚みの変化
からくる。そのようなフィルターは誘電体層の段階厚み
成長によって作られ、層の数は通過バンド(例えば、中
心波長の5〜10%のバンド幅)のバンド幅を決定す
る。
The gradation interference filter 2511 is made of multilayer dielectrics having different dielectric constants. The center wavelength of the pass band depends on the thickness of the layer, and the change of the center wavelength of the pass band comes from the change of the device thickness. Such filters are made by step-wise thickness growth of a dielectric layer, the number of layers determining the bandwidth of the pass band (eg, 5-10% of the center wavelength).

【0095】自動校正 図68はセンサ1400用の自動校正回路2700を概
略的に示す。回路2700は、標準的ガスサンプルを包
含する再校正を使用することなく、ランプ1404の出
力変化および振れを補償する。特に、検出器1421〜
1423の内の1つの出力は図68の『信号検出器』出
力であり、そして検出器1424の出力は図68の『基
準検出器』出力である。このように3つの回路2700
が使用される。各ガス検出器について1つであり、3つ
全ての回路が同一の基準検出器を使用している。回路2
700は次のように動作する。信号検出器2702の出
力および基準検出器2704の出力が差動増幅器271
0の2つの入力を提供し、したがって増幅器2710の
出力がガスによって吸収された測定される赤外線の量を
表す。もし赤外線源1404が安定であったなら、これ
はすべて必要である。しかしながら、源1404が振れ
ると、第2の差動増幅器2712が基準検出器2704
の出力と校正電圧2706を比較する。なお、校正電圧
2706はセンサ組み立ておよび校正時においては、基
準検出器2704の出力と等しくされてもよい。このよ
うに、増幅器2712の出力は源1404の強度変化に
対応し、この出力は自動利得制御回路2720を駆動し
て増幅器2710の出力に係数を掛けてセンサ組み立て
および校正時の大きさまで回復させる。
Automatic Calibration FIG. 68 schematically illustrates an automatic calibration circuit 2700 for the sensor 1400. Circuit 2700 compensates for lamp 1404 output changes and swings without using recalibration involving a standard gas sample. In particular, the detectors 1421 to 1421
One of the outputs 1423 is the "signal detector" output of FIG. 68 and the output of the detector 1424 is the "reference detector" output of FIG. Thus, three circuits 2700
Is used. One for each gas detector, and all three circuits use the same reference detector. Circuit 2
700 operates as follows. The output of the signal detector 2702 and the output of the reference detector 2704 are
It provides two inputs of zero, and thus the output of amplifier 2710 represents the amount of measured infrared light absorbed by the gas. This is all necessary if the infrared source 1404 was stable. However, when source 1404 swings, second differential amplifier 2712 causes reference detector 2704
Is compared with the calibration voltage 2706. Note that the calibration voltage 2706 may be made equal to the output of the reference detector 2704 during sensor assembly and calibration. Thus, the output of amplifier 2712 corresponds to the change in intensity of source 1404, which drives automatic gain control circuit 2720 to multiply the output of amplifier 2710 by a factor to restore it to its magnitude during sensor assembly and calibration.

【0096】差動増幅器2710〜2712は全般的な
目的のオペアンプから構成でき、そして自動利得制御回
路は反転増幅器において接続されるようなオペアンプの
フィードバックループ中の電圧制御抵抗として構成され
る。もちろん、他の回路も差分増幅器および自動利得制
御機能用に使用できる。自動校正回路2700はまた電
子的チョッピングなしでも使用でき、単に信号検出器2
702〜2704を図2におけるような抵抗電圧分割器
とすることである。
The differential amplifiers 2710 to 2712 can be comprised of general purpose operational amplifiers, and the automatic gain control circuit is implemented as a voltage controlled resistor in the feedback loop of the operational amplifier as connected in an inverting amplifier. Of course, other circuits can be used for the difference amplifier and automatic gain control functions. The automatic calibration circuit 2700 can also be used without electronic chopping, simply by
702 to 2704 are resistance voltage dividers as shown in FIG.

【0097】自己校正 図69は源強度の連続校正を行う読みだし回路2800
の好適実施例を示し、信号検出器および基準検出器双方
を有するセンサ1400のようなセンサの雰囲気温度の
補償も行う。特に、抵抗2802〜2804は、測定さ
れるべきガスの検出器用の図16の抵抗902〜904
に対応し、そして抵抗2852〜2854は基準検出器
用の抵抗902〜904に対応する。すなわち、抵抗2
802は測定されるべきガスの吸収線辺りの狭帯域の入
力赤外線放射を受光し、そして抵抗2804はこの放射
から遮断される。そして抵抗2852は測定されるべき
ガスの吸収線から離れた狭帯域の入力赤外線放射を受光
し、そして抵抗2854はまたこの放射から遮断され
る。抵抗2804,2854はまた図52で説明した基
板熱基準抵抗でもよい。読みだし回路2800は次のよ
うに動作する。
[0097] self-calibration Figure 69 is read performs continuous calibration of the source strength circuit 2800
Shows a preferred embodiment, and also compensates for the ambient temperature of a sensor, such as sensor 1400, having both a signal detector and a reference detector. In particular, resistors 2802-2804 are resistors 902-904 of FIG. 16 for the detector of the gas to be measured.
And resistors 2852 to 2854 correspond to resistors 902 to 904 for the reference detector. That is, the resistance 2
802 receives the narrow band input infrared radiation around the absorption line of the gas to be measured, and the resistor 2804 is blocked from this radiation. Resistor 2852 then receives the narrowband input infrared radiation away from the absorption line of the gas to be measured, and resistor 2854 is also isolated from this radiation. The resistors 2804, 2854 may also be the substrate thermal reference resistors described in FIG. The reading circuit 2800 operates as follows.

【0098】まず、入力放射を無視する。次に同一抵抗
値でありまた等しい抵抗温度係数を有する抵抗2802
と抵抗2804はフィードバック抵抗2806を通る電
流がゼロであることを意味し、そしてオペアンプ281
0の出力は周囲温度が変化してもゼロである。同様に、
オペアンプ2860の出力は抵抗2852と抵抗285
4が同一抵抗値でありまた等しい抵抗温度係数を有する
時にゼロである。
First, the input radiation is ignored. Next, a resistor 2802 having the same resistance value and the same resistance temperature coefficient
And resistor 2804 means that the current through feedback resistor 2806 is zero, and operational amplifier 281
An output of zero is zero even if the ambient temperature changes. Similarly,
The output of the operational amplifier 2860 is a resistor 2852 and a resistor 285
It is zero when 4 has the same resistance value and the same resistance temperature coefficient.

【0099】次に、抵抗2802,2852に当たる光
源(例えば、赤外線源1404)からの入力放射によ
り、オペアンプ2810,2860の出力が、信号およ
び基準フィルターそれぞれを通過する入力放射光を表し
ている。次に、割算器2870によるこの2つのオペア
ンプ出力の比は光源の輝度に関係なく、単に信号を表し
ている。さらに詳細には、Rが校正温度における抵抗2
802,2804,2852,2854の抵抗値を示
し、Iが抵抗の温度係数を示すとすると、温度変化−T
はIR−Tの抵抗値変化を生む。周囲温度変化を−
A 、そして入力放射がさらに変えている信号抵抗28
02の温度変化を−Ts そして基準抵抗2852の温度
を−TR と仮定する。そのとき、オペアンプ2810は
IIRF −TS を出力し、ここでIはVボルトのバイア
スで校正温度における抵抗2802,2804,285
2,2854を通過する電流であり、RF はフィードバ
ック(温度に感知しない)抵抗2806,2856の抵
抗値である。また−TA 時間は省略されることに注意さ
れたい。同様に、オペアンプ2860は IIRF −T
R を出力する。最後に、割算器2870はその入力と出
力の比−TS /−TR を出力バッファー2872に持っ
て行く。このように、もし赤外線光源の放射が係数分変
化すると、−TS および−TR の両方が同じ係数だけ変
化し、比出力には影響しない。そして測定されるガスの
濃度が変化すると、−TS が変化し、一方−T R は相対
的に一定となり、この出力比は所望の検出信号を発生す
る。
Next, the light hitting the resistors 2802 and 2852
Input radiation from a source (eg, infrared source 1404).
The output of the operational amplifiers 2810 and 2860 is
And the input radiation passing through each of the reference filters.
ing. Next, these two opera by divider 2870
The ratio of the pump output is simply representative of the signal, regardless of the brightness of the light source.
ing. More specifically, R is the resistance 2 at the calibration temperature.
802, 2804, 2852, 2854
If I represents the temperature coefficient of the resistance, the temperature change -T
Causes a change in the resistance value of IR-T. Ambient temperature change
TAAnd the signal resistance 28 whose input radiation is further changing
02 -TsAnd the temperature of the reference resistor 2852
To -TRAssume that At that time, the operational amplifier 2810
IIRF-TSWhere I is the V volt via
Resistance 2802, 2804, 285 at calibration temperature
2,2854, and RFIs the feedback
Resistance (not sensitive to temperature) of resistors 2806, 2856
It is a resistance value. Also -TANote that time is omitted
I want to be. Similarly, operational amplifier 2860 is an IIRF-T
RIs output. Finally, divider 2870 provides its inputs and outputs.
Force ratio-TS/ -TRIn the output buffer 2872
Go. Thus, if the emission of an infrared light source varies by a factor
Then, -TSAnd -TRAre both changed by the same factor.
And does not affect the specific output. And of the gas being measured
When the concentration changes, -TSChanges, while −T RIs relative
And the output ratio generates a desired detection signal.
You.

【0100】割算器2870へ入力を供給するために、
図16タイプの回路2つを使用することによって電子的
チョッピングが適用できる。割算器2870はフィード
バックループにアナログ乗算器を備えたオペアンプでよ
い。もし、抵抗2802,2804,2852,285
4の校正抵抗値が等しくないなら、これは校正電流を等
しくするように適用バイアス電圧(例えば、電圧割算
器)を調整することによって解決される。もちろん、以
上全ては予期される小さい温度変化を満足させる線形近
似を採用した。
To provide an input to divider 2870,
Electronic chopping can be applied by using two circuits of the FIG. 16 type. The divider 2870 may be an operational amplifier having an analog multiplier in a feedback loop. If the resistors 2802, 2804, 2852, 285
If the calibration resistance values of 4 are not equal, this is resolved by adjusting the applied bias voltage (eg, voltage divider) to equalize the calibration current. Of course, all of the above have employed linear approximations that satisfy the expected small temperature changes.

【0101】熱的補償 ボロメータ抵抗の抵抗率は、雰囲気温度および入力放射
による加熱に依存するそのものの温度に依存する。雰囲
気温度変化の補償(熱的補償)は3種類の基準抵抗によ
って達成できる。それは、不透明ボロメータ抵抗(光遮
断ボロメータ)、赤外光非感知ボロメータ(吸収器を除
外したボロメータ)およびボロメータ抵抗材料から成る
(基板基準抵抗)熱的に機能しない抵抗(基板基準抵
抗)である。各場合に、入力放射は基準抵抗に影響しな
いが、基準抵抗は雰囲気/基板温度を追跡する。図70
は、Vout=−(RB /RR )VB で熱的補償を提供
する回路2900を示し、ここでRB はボロメータ抵抗
の抵抗値、そしてRR は基準抵抗の抵抗値である。この
ように、もし雰囲気温度が−TA 変化すると、ボロメー
タ抵抗の赤外線放射加熱がさらにその温度を−TI だけ
変化させ、そして両抵抗Iの温度抵抗率係数を有し、そ
れにより、これらの温度変化による抵抗値の線形近似変
化はRB と係数(1+I−TA )(1+I−TI )の積
およびRR と係数(1+I−TA )の積になる。それ
故、係数(1+I−TA )およびVoutは単に係数
(1+I−TI )だけ変化し、入力赤外線放射に影響す
る。
The resistivity of the thermally compensated bolometer resistor depends on the ambient temperature and on its own temperature which depends on heating by input radiation. Compensation for changes in the ambient temperature (thermal compensation) can be achieved by three types of reference resistors. It is an opaque bolometer resistor (light blocking bolometer), an infrared light insensitive bolometer (bolometer excluding the absorber), and a thermally non-functional resistor (substrate reference resistance) consisting of bolometer resistance material (substrate reference resistance). In each case, the input radiation does not affect the reference resistance, which tracks the atmosphere / substrate temperature. Figure 70
Is, Vout = - (R B / R R) shows a circuit 2900 for providing thermal compensation in V B, wherein R B is the resistance value of the bolometer resistor and R R is the resistance of the reference resistor. In this way, if the ambient temperature changes -T A, infrared radiation heating further the temperature of the bolometer resistance is changed by -T I, and has a temperature resistance coefficient of the resistors I, whereby these linear approximation the change in resistance due to temperature change is the product of R B and the coefficient (1 + I-T a) product, and R R and the coefficient of (1 + I-T I) (1 + I-T a). Therefore, the coefficients (1 + I-T A ) and Vout only change by a factor (1 + I-T I ) and affect the incoming infrared radiation.

【0102】感度増加のための二重検出器 センサ1400のような多重検出器を有するセンサによ
り多くのガスを感知するときの問題は、それらの選択吸
収帯域において種々のガスが異なる吸収力を有すること
である。他の問題は、異なるガスが異なる濃度検出レベ
ルを要求することから発生する。例えば、もしCOおよ
びCO2 両方を検出すべきとき、4. 74ミクロンの波
長におけるCOの吸収よりも4. 74ミクロン帯域でC
2 がより強く吸収するけれども、毒性の大きいCO
が、センサはCO2 よりもCOに対して大きい感度を有
するべきであることを示唆する。しかし、各ガスに対す
るボロメータ検出器を備えたセンサは、望ましい所とは
逆に、CO2 に対して感度が高い。製造の面から言え
ば、同一の材料から多くの製品を作れる汎用性のあるセ
ンサプラットフォームを作ることが望ましい。記載した
真空パッケージは、感知されるべきガスを決定する光学
フィルターが検出器パッケージ製作後に設置されるの
で、ガスセンサ設計においては多様性がある。これは、
センサ装置の骨組みの中で種々の化学的種類に対して装
置の感度を変更することができる時には、一層有益であ
る。
A problem when sensing more gases with a sensor having multiple detectors, such as a dual detector sensor 1400 for increased sensitivity, is that the various gases have different absorption powers in their selective absorption band. That is. Another problem arises because different gases require different concentration detection levels. For example, if both CO and CO 2 are to be detected, the C absorption in the 4.74 micron band is less than the absorption of CO at the wavelength of 4.74 microns.
O 2 absorbs more strongly but is highly toxic
But it suggests that sensors that should have a greater sensitivity to CO than CO 2. However, the sensor is contrary to where desirable, sensitive to CO 2 having a bolometric detector for each gas. From a manufacturing standpoint, it is desirable to create a versatile sensor platform that can make many products from the same material. The described vacuum package is versatile in gas sensor design because the optical filter that determines the gas to be sensed is installed after the fabrication of the detector package. this is,
It would be more beneficial to be able to change the sensitivity of the device for different chemistries within the framework of the sensor device.

【0103】好適実施例は、ガスに対するセンサ感度を
増加させるために単一ガス用に簡単な多重検出器を使用
することによって、両方の問題を解決している。多重検
出器は大きい信号に対して並列に接続されるか、または
別々のガスサンプリングで別々の回路を有するものとし
て扱われる。図71は2x2検出器配列の単一の真空パ
ッケージの平面図であり、CO検出のため4. 74ミク
ロンの波長の通過帯域を有する単一フィルター2911
の背後に検出器2901,2902を、CO2検出のた
め4. 26ミクロンの通過帯域を有するフィルター29
13の背後に検出器2903を、そして基準となる3.
6ミクロンの波長の通過帯域を有するフィルター291
4の背後に検出器2904を備えている。もちろん、フ
ィルター2911は同一波長の2つの別々のフィルター
でもよい。2x2配列はセンサ1400に類似するセン
サ中で使用できる。もし所望の結果が感度の増加と共に
選択性の増加であるならば、同一の種類を感知するため
に、多重波長が使用できる。このように、他の物質と干
渉帯域の波長が選択でき、そして干渉しない第2の帯域
が選択できる。問題の物質の効果は干渉帯域から回収で
き、そして両帯域からの信号が混合される。もちろん、
干渉の帯域として第2の帯域が選択されそして信号のそ
の部分を検出器出力から除外することによって、同一の
結果が達成できる。
The preferred embodiment solves both problems by using a simple multiple detector for a single gas to increase the sensitivity of the sensor to the gas. Multiplex detectors can be connected in parallel for large signals or treated as having separate circuits with separate gas sampling. FIG. 71 is a plan view of a single vacuum package with a 2 × 2 detector array and a single filter 2911 with a pass band at a wavelength of 4.74 microns for CO detection.
Filter 29 having a passband of 4.26 microns for detector 2901 and 2902, CO 2 detection behind
13 behind the detector 2903 and the reference 3.
Filter 291 having a pass band of a wavelength of 6 microns
4 is provided with a detector 2904. Of course, filter 2911 may be two separate filters of the same wavelength. A 2x2 array can be used in sensors similar to sensor 1400. If the desired result is an increase in selectivity with an increase in sensitivity, multiple wavelengths can be used to sense the same type. Thus, the wavelength of the interference band with other substances can be selected, and the second band that does not interfere can be selected. The effect of the substance in question can be recovered from the interference band, and the signals from both bands are mixed. of course,
The same result can be achieved by selecting a second band as the band of interference and excluding that portion of the signal from the detector output.

【0104】同様に、図72はCO用のフィルター29
51の背後に4つの検出器を備えた3x3単一パッケー
ジ配列を示し、2つの検出器はCO2 用のフィルター2
952の背後に、そして1つの検出器がH2 O、揮発性
有機物そして基準それぞれ用のフィルター2953〜2
955それぞれの背後にある。2x3または1x4等の
他の配列が同様の方法で使用できる。極端にいえば、こ
こに説明したスペクトルメータは、特定のフィルター下
の検出器、および関連する吸収力に結び付いておりかつ
検出器パッケージが組み立てられた後に決定されるこれ
らフィルターの関連部分のグループとして形成できる。
同一の物理的結果が1つのチャンネルの感知範囲をもう
1つのものとは対照的に優先的に増加させることによっ
て得ることができる、ということが重要である。これ
は、その部分をより特殊な応用に向けそしてコスト増加
を招くので、好ましいことではない。
Similarly, FIG. 72 shows a filter 29 for CO.
51 shows a 3x3 single package arrangement with four detectors behind, two detectors filter 2 for CO 2
952 behind, and one detector H 2 O, filter for volatile organic and reference respectively 2953-2
Behind each 955. Other arrays, such as 2x3 or 1x4, can be used in a similar manner. At the extreme, the spectrometer described herein is a group of detectors under specific filters and related parts of these filters that are tied to the associated absorption power and determined after the detector package is assembled. Can be formed.
It is important that the same physical result can be obtained by preferentially increasing the sensing range of one channel as opposed to another. This is not preferred as it directs the part to more specialized applications and adds cost.

【0105】変更例 真空パッケージ多重検出器、スーパー絵素、傾斜脚支
持、内部陰、密接パッキング用下部支持等の特徴の1つ
またはそれ以上を保持したまま、好適実施例は多くの変
更ができる。例えば、種々の電子的チョッピング装置、
パッケージング、絵素構造、フィルター設定および光源
の選択が、種々のセンサ装置を形成するために行われ
る。スペクトル解析されるガスまたは液体が種々の基準
で選択でき、ボロメータ感度は絵素のサイズと数によっ
て変えられる。
Modifications The preferred embodiment has many modifications while retaining one or more of the features such as vacuum package multiple detectors, super picture elements, angled leg supports, internal shadows, tight support underpacking, and the like. . For example, various electronic chopping devices,
Packaging, pixel structure, filter settings and light source selection are made to form various sensor devices. The gas or liquid to be spectrally analyzed can be selected based on various criteria, and the bolometer sensitivity varies depending on the size and number of pixels.

【0106】機能的な特徴が残っている場合には、寸法
および材料は変更できる。ボロメータ構造は、4つの角
部の柱、絵素中心に伸びた支持アーム、共通赤外線吸収
および抵抗値変化材料、別の材料から成るものでよい支
持アームおよびボロメータ膜等、他の支持装置を含むこ
とができる。電子的チョッピング周波数は1/fニー周
波数以上であるべきであり、そしてホトコンダクタの1
/fニーはバンドギャップ(最大波長検出可能)および
温度に依存する。例えば、約0. 25eVのバンドギャ
ップ(5 lmの波長に対応する)を有する水銀カドミ
ウムテルル化合物で、室温の1/fニーは数Hzであ
り、したがってバイアス切り換えは少なくとも数Hzで
ある。acまたはdc読みだしのできる可逆極性の一般
的な電流源が好適実施例のように極性反転によって電子
的にチョップできる。
If functional features remain, dimensions and materials can be varied. The bolometer structure includes other support devices such as four corner pillars, a support arm extending around the pixel, a common infrared absorbing and resistance changing material, a support arm that may be made of another material, and a bolometer membrane. be able to. The electronic chopping frequency should be above the 1 / f knee frequency and one of the photoconductors
/ F knee depends on bandgap (maximum wavelength detectable) and temperature. For example, with a mercury cadmium telluride compound having a band gap of about 0.25 eV (corresponding to a wavelength of 5 lm), the 1 / f knee at room temperature is a few Hz, and thus the bias switching is at least a few Hz. A common current source of reversible polarity that can be read ac or dc can be chopped electronically by polarity reversal as in the preferred embodiment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】公知のボロメータシステムを示す図。FIG. 1 shows a known bolometer system.

【図2】公知のボロメータシステムを示す図。FIG. 2 shows a known bolometer system.

【図3】公知のボロメータシステムを示す図。FIG. 3 shows a known bolometer system.

【図4】電気的にチョップした検出器の第1の好適実施
例の概略的ブロック図。
FIG. 4 is a schematic block diagram of a first preferred embodiment of an electrically chopped detector.

【図5】電気的にチョップした検出器の第1の好適実施
例の概略的ブロック図。
FIG. 5 is a schematic block diagram of a first preferred embodiment of an electrically chopped detector.

【図6】第1の好適実施例の絵素の平面および縦断面
図。
FIG. 6 is a plan view and a longitudinal sectional view of a picture element according to the first preferred embodiment;

【図7】第1の好適実施例の絵素の平面および縦断面
図。
FIG. 7 is a plan view and a longitudinal sectional view of a picture element according to the first preferred embodiment;

【図8】タイミング図。FIG. 8 is a timing chart.

【図9】第2の好適実施例の検出器を概略的に示す図。FIG. 9 schematically shows a detector of the second preferred embodiment.

【図10】第2の好適実施例の絵素の平面および縦断面
図。
FIG. 10 is a plan view and a longitudinal sectional view of a picture element of a second preferred embodiment.

【図11】第2の好適実施例の絵素の平面および縦断面
図。
FIG. 11 is a plan view and a longitudinal sectional view of a picture element according to a second preferred embodiment.

【図12】タイミング図。FIG. 12 is a timing chart.

【図13】ノイズ抑圧を示す図。FIG. 13 is a diagram illustrating noise suppression.

【図14】ノイズ抑圧を示す図。FIG. 14 is a diagram showing noise suppression.

【図15】ノイズ抑圧を示す図。FIG. 15 is a diagram showing noise suppression.

【図16】電気的にチョップした検出器の他の好適実施
例の概略的ブロック図。
FIG. 16 is a schematic block diagram of another preferred embodiment of an electrically chopped detector.

【図17】電気的にチョップした検出器の他の好適実施
例の概略的ブロック図。
FIG. 17 is a schematic block diagram of another preferred embodiment of an electrically chopped detector.

【図18】他の好適実施例の絵素の平面および縦断面
図。
FIG. 18 is a plan view and a longitudinal sectional view of a picture element according to another preferred embodiment.

【図19】他の好適実施例の絵素の平面および縦断面
図。
FIG. 19 is a plan view and a longitudinal sectional view of a picture element according to another preferred embodiment.

【図20】タイミング図。FIG. 20 is a timing chart.

【図21】絵素要素のac結合を示す図。FIG. 21 is a view showing ac connection of picture element.

【図22】絵素要素の代替的配列を示す図。FIG. 22 is a diagram showing an alternative arrangement of picture element elements.

【図23】好適実施例のガスセンサーへの適用を示す
図。
FIG. 23 is a diagram showing an application of the preferred embodiment to a gas sensor.

【図24】好適実施例のガスセンサーへの適用を示す
図。
FIG. 24 is a diagram showing an application of the preferred embodiment to a gas sensor.

【図25】好適実施例の赤外線放射源を概略的に示す
図。
FIG. 25 schematically illustrates an infrared radiation source of a preferred embodiment.

【図26】好適実施例の赤外線放射源を概略的に示す
図。
FIG. 26 schematically illustrates an infrared radiation source of a preferred embodiment.

【図27】好適実施例の赤外線放射源を概略的に示す
図。
FIG. 27 schematically illustrates an infrared radiation source of a preferred embodiment.

【図28】好適実施例のボロメータの平面図、縦断面
図、および斜視図。
FIG. 28 is a plan, longitudinal, and perspective view of the bolometer of the preferred embodiment.

【図29】好適実施例のボロメータの平面図、縦断面
図、および斜視図。
FIG. 29 is a plan view, a longitudinal sectional view, and a perspective view of the bolometer of the preferred embodiment.

【図30】好適実施例のボロメータの平面図、縦断面
図、および斜視図。
FIG. 30 is a plan view, a longitudinal sectional view, and a perspective view of the bolometer of the preferred embodiment.

【図31】好適実施例のボロメータの平面図、縦断面
図、および斜視図。
FIG. 31 is a plan view, a longitudinal sectional view, and a perspective view of the bolometer of the preferred embodiment.

【図32】他の好適実施例のボロメータの平面図。FIG. 32 is a plan view of another preferred embodiment bolometer.

【図33】ボロメータ形成方法の好適実施例の工程を示
す図。
FIG. 33 is a diagram showing steps of a preferred embodiment of the bolometer forming method.

【図34】ボロメータ形成方法の好適実施例の工程を示
す図。
FIG. 34 is a diagram showing steps of a preferred embodiment of the bolometer forming method.

【図35】ボロメータ形成方法の好適実施例の工程を示
す図。
FIG. 35 is a diagram showing steps of a preferred embodiment of the bolometer forming method.

【図36】ボロメータ形成方法の好適実施例の工程を示
す図。
FIG. 36 is a diagram showing steps of a preferred embodiment of the bolometer forming method.

【図37】ボロメータ形成方法の好適実施例の工程を示
す図。
FIG. 37 is a diagram showing steps of a preferred embodiment of the bolometer forming method.

【図38】ボロメータ形成方法の好適実施例の工程を示
す図。
FIG. 38 is a diagram showing steps of a preferred embodiment of the bolometer forming method.

【図39】好適実施例の絵素配列の平面図。FIG. 39 is a plan view of a picture element array according to the preferred embodiment.

【図40】好適実施例の絵素配列の平面図。FIG. 40 is a plan view of a picture element array according to a preferred embodiment.

【図41】好適実施例の絵素配列の平面図。FIG. 41 is a plan view of a picture element array according to a preferred embodiment.

【図42】好適実施例の絵素配列の平面図。FIG. 42 is a plan view of a picture element array according to a preferred embodiment.

【図43】好適実施例の絵素配列の平面図。FIG. 43 is a plan view of a picture element array according to a preferred embodiment.

【図44】好適実施例の絵素配列の平面図。FIG. 44 is a plan view of a picture element array according to the preferred embodiment.

【図45】好適実施例の絵素配列の平面図。FIG. 45 is a plan view of a picture element array according to the preferred embodiment.

【図46】好適実施例の絵素配列の平面図。FIG. 46 is a plan view of a picture element array according to the preferred embodiment.

【図47】好適実施例の絵素配列を示す図。FIG. 47 is a diagram showing a picture element arrangement according to a preferred embodiment.

【図48】好適実施例の絵素配列を示す図。FIG. 48 is a view showing a picture element arrangement according to a preferred embodiment;

【図49】好適実施例の絵素配列を示す図。FIG. 49 is a diagram showing a picture element arrangement according to a preferred embodiment;

【図50】好適実施例の絵素配列を示す図。FIG. 50 is a view showing a picture element arrangement according to a preferred embodiment;

【図51】基板抵抗体を備えた懸垂型ボロメータの好適
実施例を示す図。
FIG. 51 shows a preferred embodiment of a suspended bolometer with a substrate resistor.

【図52】基板抵抗体を備えた懸垂型ボロメータの好適
実施例を示す図。
FIG. 52 shows a preferred embodiment of a suspended bolometer with a substrate resistor.

【図53】基板抵抗体を備えた懸垂型ボロメータの好適
実施例を示す図。
FIG. 53 shows a preferred embodiment of a suspended bolometer having a substrate resistor.

【図54】基板抵抗体を備えた懸垂型ボロメータの好適
実施例を示す図。
FIG. 54 shows a preferred embodiment of a suspended bolometer with a substrate resistor.

【図55】基板抵抗体を備えた懸垂型ボロメータの好適
実施例を示す図。
FIG. 55 shows a preferred embodiment of a suspended bolometer with a substrate resistor.

【図56】好適実施例のパッケージボロメータ検出器の
平面図および縦断面図。
FIG. 56 is a plan view and a longitudinal sectional view of the package bolometer detector of the preferred embodiment.

【図57】好適実施例のパッケージボロメータ検出器の
平面図および縦断面図。
FIG. 57 is a plan view and a longitudinal sectional view of the package bolometer detector of the preferred embodiment.

【図58】好適実施例のパッケージボロメータ検出器の
平面図および縦断面図。
FIG. 58 is a plan view and a longitudinal sectional view of the package bolometer detector of the preferred embodiment.

【図59】好適実施例のパッケージボロメータ検出器の
平面図および縦断面図。
FIG. 59 is a plan view and a longitudinal sectional view of the package bolometer detector of the preferred embodiment.

【図60】好適実施例のパッケージボロメータ検出器の
平面図および縦断面図。
FIG. 60 is a plan view and a longitudinal sectional view of the package bolometer detector of the preferred embodiment.

【図61】好適実施例のパッケージボロメータ検出器の
平面図および縦断面図。
FIG. 61 is a plan view and a longitudinal sectional view of a package bolometer detector of a preferred embodiment.

【図62】好適実施例のパッケージボロメータ検出器の
平面図および縦断面図。
FIG. 62 is a plan view and a longitudinal sectional view of the package bolometer detector of the preferred embodiment.

【図63】好適実施例のパッケージボロメータ検出器の
平面図および縦断面図。
FIG. 63 is a plan view and a longitudinal sectional view of the package bolometer detector of the preferred embodiment.

【図64】好適実施例のスペクトルメータを示す図。FIG. 64 is a diagram showing a spectrum meter according to a preferred embodiment.

【図65】好適実施例のスペクトルメータを示す図。FIG. 65 is a diagram showing a spectrum meter according to a preferred embodiment.

【図66】好適実施例のスペクトルメータの態様を示す
図。
FIG. 66 is a diagram showing an embodiment of a spectrum meter according to a preferred embodiment.

【図67】好適実施例のスペクトルメータの態様を示す
図。
FIG. 67 is a diagram showing an embodiment of a spectrum meter according to a preferred embodiment.

【図68】自動校正の好適実施例の概略図。FIG. 68 is a schematic diagram of a preferred embodiment of automatic calibration.

【図69】手動校正の好適実施例の概略図。FIG. 69 is a schematic diagram of a preferred embodiment of manual calibration.

【図70】熱的補償の好適実施例の概略図。FIG. 70 is a schematic diagram of a preferred embodiment of thermal compensation.

【図71】重複検出器を備えた配列の好適実施例を示す
図。
FIG. 71 shows a preferred embodiment of an array with a duplicate detector.

【図72】重複検出器を備えた配列の好適実施例を示す
図。
FIG. 72 shows a preferred embodiment of an array with a duplicate detector.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

200 検出器 202,204 ホトコンダクタ 212 フィーバック抵抗 210 演算増幅器 220 相関二重サンプラー 230 タイミングおよびバイアス制御回路 Reference Signs List 200 detector 202, 204 photoconductor 212 feedback resistor 210 operational amplifier 220 correlated double sampler 230 timing and bias control circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク ブイ.ワッズワース アメリカ合衆国テキサス州リチャードソ ン,ウェントワース ドライブ 536 (72)発明者 ウイリアム エル.マッカーデル アメリカ合衆国テキサス州プラノ,タウン ブラフ ドライプ 3845 (72)発明者 カーク ディー.ピーターソン アメリカ合衆国テキサス州プラノ,ミンタ ー 1332 (72)発明者 ロランド ダブリュ.グッチ アメリカ合衆国テキサス州ダラス,セドウ ィック ドライブ 6936 (72)発明者 ロバート イー.テリル アメリカ合衆国テキサス州キャロルトン, デボンシャー 2702 (72)発明者 マイクル エル.マックヒュー アメリカ合衆国テキサス州ダラス,イーグ ル トレイル 7755 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (72) Inventor Mark Buoy. Wadsworth Wentworth Drive, Richardson, Texas, United States 536 (72) Inventor William El. McCardel Town Bluff, Plano, Texas, USA 3845 (72) Inventor Kirk Dee. Peterson 1332 Minter, Plano, Texas, USA (72) Inventor Roland W. Gucci Sedwick Drive, Dallas, Texas, USA 6936 (72) Robert E. Inventor. Terrill 2702, Devonshire, Carrollton, Texas, United States (72) Inventor Mikle El. McHugh 7755 Eagle Trail, Dallas, Texas, United States

Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(a)受光した放射強度に依存する抵抗率
をもつ、出力回路に接続された第1の端子を備えた第1
の素子と、 (b)受光した放射強度に依存する抵抗率をもつ、前記
出力回路に接続された第1の端子を備えた第2の素子
と、 (c)前記第1および第2の素子にそれぞれ接続された
同一および反対間で切り換わる相対極性を備えた第1お
よび第2の電圧供給装置と、を具備し、 (d)前記出力回路は前記切り換わる極性に同期した相
関二重サンプラーを含んでいる、 放射検出器。
(A) a first terminal having a first terminal connected to an output circuit, the first terminal having a resistivity depending on a received radiation intensity;
(B) a second element having a first terminal connected to the output circuit and having a resistivity depending on the intensity of the received radiation; and (c) the first and second elements. And d. A first and a second voltage supply device having the same and opposite switching relative polarities respectively connected to the first and second voltage supply devices; and (d) the output circuit is a correlated double sampler synchronized with the switching polarity. Including a radiation detector.
【請求項2】(a)受光した放射に依存しない抵抗率を
もつ前記出力回路に接続された第3および第4の素子
と、 (b)前記第3および第4の素子にそれぞれ接続された
第3および第4の電圧供給装置であって、前記第3の電
圧供給装置は前記第1の電圧供給装置と反対の極性をも
ち、前記第4の電圧供給装置は前記第2の電圧供給装置
と反対の極性をもつ、前記第3および第4の素子と、 をさらに具備する請求項1記載の検出器。
(A) third and fourth elements connected to the output circuit having a resistivity independent of received radiation; and (b) connected to the third and fourth elements, respectively. A third and a fourth voltage supply device, wherein the third voltage supply device has a polarity opposite to that of the first voltage supply device, and the fourth voltage supply device is the second voltage supply device. 3. The detector of claim 1, further comprising: the third and fourth elements having opposite polarities.
【請求項3】(a)受光した放射強度に依存する抵抗率
をもつ、出力回路に接続された第1の端子を備えた第1
の素子と、 (b)受光した放射強度に依存しない抵抗率をもつ、前
記出力回路に接続された第1の端子を備えた第2の素子
と、 (c)前記第1および第2の素子にそれぞれ接続された
反対極性および正と負間で切り換わる相対極性をもつ第
1および第2の電圧供給装置と、を具備し、 (d)前記出力回路は前記切り換わる極性に同期した相
関二重サンプラーを含んでいる、 放射検出器。
3. A first terminal having a first terminal connected to an output circuit, the first terminal having a resistivity depending on a received radiation intensity.
(B) a second element having a first terminal connected to the output circuit and having a resistivity independent of received radiation intensity; and (c) the first and second elements. And a first and a second voltage supply device having an opposite polarity and a relative polarity switching between positive and negative, respectively, and (d) the output circuit is provided with a correlation circuit synchronized with the switching polarity. Includes heavy sampler, radiation detector.
【請求項4】(a)入力抵抗およびフィードバック抵抗
を備えた演算増幅器であって、前記入力抵抗は第1の周
波数で極性が切り換わる入力電圧供給装置に接続され、
前記入力抵抗および前記フィードバック抵抗の一つは受
光した放射強度に依存する抵抗率をもつ、前記演算増幅
器と、 (b)前記切り換わる極性に同期した、前記演算増幅器
の出力に結合された相関二重サンプラーと、 を有する放射検出器。
4. An operational amplifier having an input resistance and a feedback resistance, wherein the input resistance is connected to an input voltage supply device that switches polarity at a first frequency.
One of the input resistor and the feedback resistor having a resistivity dependent on the received radiation intensity; and (b) a correlator coupled to the output of the operational amplifier, synchronized with the switching polarity. A heavy sampler; and a radiation detector comprising:
【請求項5】(a)放射源と、 (b)複数個の放射検出器であって、前記検出器の各々
は前記源から離れておりそして前記源から放射を受け
る、前記複数個の放射検出器と、 (c)他のものと異なる通過帯域中心波長をもつ複数個
の通過帯域フィルターであって、前記フィルターの各々
は前記源と前記検出器の対応する1つとの間に位置され
た、前記複数個の通過帯域フィルターと、 を有する多重ガスセンサ。
5. A radiation source, and (b) a plurality of radiation detectors, each of said detectors remote from said source and receiving radiation from said source. A detector; and (c) a plurality of passband filters having different passband center wavelengths from each other, each of said filters being located between said source and a corresponding one of said detectors. And a plurality of the passband filters.
【請求項6】(a)放射源と、 (b)前記源から離れておりそして前記源から放射を受
ける放射検出器と、を有し、 (c)前記放射源は空気酸化制限発射面と放射透過窓を
含む、 センサ。
6. A radiation source comprising: (a) a radiation source; (b) a radiation detector remote from said source and receiving radiation from said source; (c) said radiation source comprising an air oxidation limited launch surface; Sensor, including radiation transmission window.
【請求項7】(a)放射源と、 (b)前記源から離れておりそして前記源から放射を受
ける放射検出器と、を有し、 (c)前記放射源は電極間の正の温度係数のセラミック
と放射透過窓を含む、センサ。
7. A radiation source, comprising: (b) a radiation detector remote from said source and receiving radiation from said source; and (c) said radiation source having a positive temperature between the electrodes. A sensor that includes a coefficient ceramic and a radiation transmission window.
【請求項8】(a)回路を含む基板と、 (b)複数個のボロメータであって、前記ボロメータの
各々は温度に依存する抵抗値をもつ、前記複数個のボロ
メータと、を有し、 (c)前記各ボロメータは前記基板上に支持する複数個
のアームを備え、前記アームは前記ボロメータが並列接
続されるように前記ボロメータを前記回路に接続する導
体を含んでいる、 放射検出器。
8. A circuit board comprising: (a) a substrate including a circuit; and (b) a plurality of bolometers, each of said bolometers having a temperature-dependent resistance. (C) each of the bolometers comprises a plurality of arms supported on the substrate, the arms including conductors connecting the bolometers to the circuit such that the bolometers are connected in parallel;
【請求項9】(a)前記ボロメータは行および列に配列
され、 (b)前記支持アームは前記基板上の列導体に接続し、
前記列導体はボロメータの前記列の下部にあり、 (c)前記支持アームの隣接するものは列導体への共通
接続を有している、 請求項8記載の放射検出器。
9. The bolometer is arranged in rows and columns. (B) the support arms connect to column conductors on the substrate.
9. The radiation detector of claim 8, wherein the column conductor is below the row of bolometers, and (c) adjacent ones of the support arms have a common connection to the column conductor.
【請求項10】(a)前記ボロメータはコプレーナであ
りそして前記基板の表面に平行であり、 (b)前記支持アームの各々は前記ボロメータの端部に
平行に伸びた部分を有しそして前記ボロメータから離さ
れている、 請求項9記載の放射検出器。
10. The bolometer is coplanar and parallel to the surface of the substrate; and (b) each of the support arms has a portion extending parallel to an end of the bolometer and the bolometer. The radiation detector according to claim 9, further away from the radiation detector.
【請求項11】(a)回路を含む基板と、 (b)前記基板上に懸垂されたボロメータであって、前
記ボロメータは温度依存抵抗値をもち、前記ボロメータ
は第1の材料から成る抵抗層を含む、前記ボロメータ
と、 (c)前記基板上の前記ボロメータを支持する複数個の
アームであって、前記アームは前記ボロメータを前記回
路に接続する導体を含む、前記複数個のアームと、 (d)前記基板に熱的に結合された抵抗であって、前記
抵抗は前記第1の材料から成りそして前記回路に接続さ
れた第2の抵抗層を含む、前記抵抗と、 を有する放射検出器。
11. A substrate including a circuit, and (b) a bolometer suspended on the substrate, the bolometer having a temperature-dependent resistance value, wherein the bolometer is a resistive layer made of a first material. (C) a plurality of arms supporting the bolometer on the substrate, wherein the arms include conductors connecting the bolometer to the circuit; d) a resistor thermally coupled to the substrate, wherein the resistor is comprised of the first material and includes a second resistive layer connected to the circuit; .
【請求項12】(a)前記ボロメータが膜上に放射吸収
器を有し、前記膜はシリコン窒化物、非晶質シリコンお
よびシリコン窒化物の積層から成り、 (b)前記抵抗はシリコン窒化物、非晶質シリコンおよ
びシリコン窒化物の積層を含み、 (c)前記抵抗は前記ボロメータと前記基板との間にあ
る、 請求項11記載の放射検出器。
12. The bolometer has a radiation absorber on a film, the film comprises a stack of silicon nitride, amorphous silicon and silicon nitride, and (b) the resistor is a silicon nitride. The radiation detector of claim 11, comprising: a stack of amorphous silicon and silicon nitride; (c) the resistor is between the bolometer and the substrate.
【請求項13】(a)複数個のボロメータであって、前
記ボロメータの各々は基板上に懸垂され、前記ボロメー
タの各々は温度に依存する抵抗値をもつ、前記複数個の
ボロメータを有し、 (b)前記ボロメータの各々は、前記各々のボロメータ
を前記基板上に支持する複数個の支持アームを備え、前
記支持アームは環状すなわちスパイラル形状の部分と前
記環状すなわちスパイラルの中心下部の前記基板に接続
する傾斜部分を含んでいる、 ボロメータ配列。
13. A plurality of bolometers, each of said bolometers suspended on a substrate, each of said bolometers having a temperature dependent resistance. (B) each of the bolometers comprises a plurality of support arms for supporting each of the bolometers on the substrate, wherein the support arms are provided on an annular or spiral shaped portion and on the substrate below the center of the annular or spiral. A bolometer array containing the connecting ramps.
【請求項14】(a)前記ボロメータは行および列に配
列され、 (b)前記ボロメータの隣接するものは環状すなわちス
パイラル形状の前記部分の共通するものに接続し、 (c)前記支持アームの隣接するものは列導体に共通接
続を有し、 (d)前記ボロメータの各々はおおよそ四角であり、前
記支持アームの一つが2つの斜めに対抗する角部におい
て接続され、 (e)前記環状すなわちスパイラル形状の支持アームの
各々は前記基板と前記ボロメータとの間に導体を含み、
前記導体は前記おおよそ四角のボロメータの1つの端部
に平行に前記ボロメータ上に延在している、 請求項13記載のボロメータ配列。
14. (a) said bolometers are arranged in rows and columns; (b) adjacent ones of said bolometers connect to a common one of said portions in an annular or spiral shape; (D) each of the bolometers is approximately square and one of the support arms is connected at two diagonally opposing corners; (e) the annular or Each of the spiral shaped support arms includes a conductor between the substrate and the bolometer;
14. The bolometer arrangement of claim 13, wherein the conductor extends on the bolometer parallel to one end of the approximately square bolometer.
【請求項15】(a)前記ボロメータの各々は前記支持
アームに接続されない角部の任意の隣接するボロメータ
に接続している、 請求項14記載のボロメータ配列。
15. The bolometer arrangement of claim 14, wherein (a) each of the bolometers is connected to any adjacent bolometer at a corner not connected to the support arm.
【請求項16】(a)回路を含む基板と、 (b)前記基板上に懸垂された、温度依存抵抗値をも
つ、ボロメータと、 (c)前記基板上の前記ボロメータを支持する複数個の
アームであって、前記アームは前記ボロメータを前記回
路に接続する導体を含み、前記アームの各々は前記アー
ムの接点を備えた前記基板から伸び、前記基板はV形刻
みを有する窪んだ接点範囲を形成している、前記複数個
のアームと、 を有する放射検出器。
16. A substrate including a circuit, (b) a bolometer suspended on the substrate and having a temperature-dependent resistance, and (c) a plurality of bolometers supporting the bolometer on the substrate. Arms, the arms including conductors connecting the bolometer to the circuit, each of the arms extending from the substrate with the contacts of the arm, the substrate defining a depressed contact area having a V-shaped notch. A radiation detector comprising: the plurality of arms;
【請求項17】(a)前記アームの各々は中空三角くさ
び形を前記接点に有し、 (b)前記ボロメータは平坦で前記基板の表面に平行で
あり、 (c)前記アームの各々は前記ボロメータの端部に平行
に伸びそして前記ボロメータから離れている、 請求項16記載の放射検出器。
17. (a) each of said arms has a hollow triangular wedge at said contact; (b) said bolometer is flat and parallel to the surface of said substrate; (c) each of said arms is 17. The radiation detector according to claim 16, wherein the radiation detector extends parallel to an end of the bolometer and is remote from the bolometer.
【請求項18】(a)回路を含む基板と、 (b)複数個のボロメータであって、前記ボロメータの
各々は前記基板上に懸垂され、前記ボロメータの各々は
温度依存抵抗値をもつ、前記複数個のボロメータと、を
有し、 (c)前記ボロメータの各々は前記基板上の前記各々の
ボロメータを支持する複数個のアームを備え、前記アー
ムは前記ボロメータと前記基板との間に位置し、前記ア
ームは前記ボロメータを前記回路に接続する導体を含
む、 放射検出器。
18. A substrate comprising a circuit, and (b) a plurality of bolometers, each of said bolometers suspended on said substrate, each of said bolometers having a temperature dependent resistance. A plurality of bolometers; and (c) each of the bolometers comprises a plurality of arms supporting the respective bolometers on the substrate, the arms being located between the bolometer and the substrate. A radiation detector, wherein the arm includes a conductor connecting the bolometer to the circuit.
【請求項19】(a)前記ボロメータはコプレーナであ
りそして前記基板の表面に平行であり、 (b)前記ボロメータは行および列に配列され、 (c)前記支持アームの各々は前記ボロメータの端部に
平行に伸びそして前記ボロメータから離れており、 (d)前記支持アームは前記基板上の列導体に接続し、
前記列導体はボロメータの前記列下部にある、 請求項18記載の放射検出器。
19. The bolometer is coplanar and parallel to the surface of the substrate; (b) the bolometers are arranged in rows and columns; and (c) each of the support arms is an end of the bolometer. (D) the support arm connects to a column conductor on the substrate,
19. The radiation detector according to claim 18, wherein the column conductor is below the column of a bolometer.
【請求項20】 (a)真空炉中でパッケージベースに
所属の集積回路を提供するステップと、 (b)前記炉中において、前記パッケージベースに隣接
させてしかし間隔をあけて位置された、パッケージ蓋の
周囲に隣接してシーラントを有する前記パッケージ蓋を
提供するステップと、 (c)前記炉中の圧力をガス抜き圧力まで低下さるステ
ップと、 (d)前記パッケージベース、パッケージ蓋およびシー
ラントを前記シーラントの融点以下のガス抜き温度まで
加熱し、そして前記パッケージベース、パッケージ蓋お
よびシーラントを前記ガス抜き温度およびガス抜き圧力
においてガス抜きするステップと、 (e)前記シーラントを熔融しそして前記パッケージ蓋
とパッケージベースを前記シーラントにより前記ガス抜
き圧力にて接合するステップと、 (f)シールドパッケージを形成するように前記シーラ
ントを固めるステップと、 を有する真空集積回路パッケージ組み立て方法。
20. (a) providing an integrated circuit associated with a package base in a vacuum furnace; and (b) a package in the furnace adjacent to, but spaced from, the package base. Providing the package lid having a sealant adjacent to the periphery of the lid; (c) reducing the pressure in the furnace to a degassing pressure; and (d) removing the package base, package lid, and sealant. Heating to a degassing temperature below the melting point of the sealant and degassing said package base, package lid and sealant at said degassing temperature and degassing pressure; and (e) melting said sealant and said package lid. Joining the package base with the sealant at the degassing pressure Step a, the vacuum integrated circuit package assembly method and a step of solidifying the sealant to form a (f) shielding package.
【請求項21】 (a)前記ベースは金属シールバンド
を備えたセラミックであり、 (b)前記蓋は前記蓋の周辺に隣接した金属層を備えた
シリコンであり、 (c)前記シーラントは金:錫である、 請求項20記載の方法。
21. (a) the base is ceramic with a metal seal band; (b) the lid is silicon with a metal layer adjacent to the periphery of the lid; (c) the sealant is gold 21. The method of claim 20, wherein the method is tin.
【請求項22】 (a)前記ガス抜き温度は前記融点の
約10℃以内であり、そして(b)前記ステップ(e)
の接合は前記蓋上に前記ベースを降下させる、 請求項20記載の方法。
22. (a) said degassing temperature is within about 10 ° C. of said melting point; and (b) said step (e).
21. The method of claim 20, wherein joining comprises lowering the base on the lid.
【請求項23】(a)前記ベースに取り付けられたゲッ
ターを活性化するステップをさらに有する、請求項20
記載の方法。
23. The method of claim 20, further comprising the step of: (a) activating a getter attached to said base.
The described method.
【請求項24】(a)埋め込みリードを備えたパッケー
ジベースと、 (b)前記パッケージベースにシールされたパッケージ
蓋とを有し、そしてパッケージ蓋は前記蓋と前記ベース
との間に空洞を形成し、前記空洞内が300mTorr
以下の圧力であり、1年に100mTorr以下の増加
であることを特徴とする、 真空集積回路パッケージ。
24. A package base comprising: (a) a package base with embedded leads; and (b) a package lid sealed to the package base, wherein the package lid forms a cavity between the lid and the base. And the cavity is 300 mTorr
A vacuum integrated circuit package, characterized in that the pressure is less than 100 mTorr per year.
【請求項25】(a)前記圧力が10mTorr以下で
あり、1年に10mTorr以下の増加である、 請求項24記載のパッケージ。
25. The package of claim 24, wherein (a) said pressure is less than or equal to 10 mTorr and increases by less than or equal to 10 mTorr per year.
【請求項26】(a)前記ベースは金属シールバンドを
備えたセラミックであり、 (b)前記蓋はその周囲に隣接した金属層を備えた赤外
線透過性であり、 (c)前記蓋は前記金属シールバンドと前記金属層との
間で金:錫ハンダにより前記ベースにシールされる、 請求項24記載のパッケージ。
26. (a) the base is ceramic with a metal seal band; (b) the lid is infrared permeable with a metal layer adjacent to the base; and (c) the lid is 25. The package of claim 24, wherein the base is sealed to the base with gold: tin solder between a metal seal band and the metal layer.
【請求項27】(a)本体と、 (b)前記本体上にありそしてその間に空洞を形成する
蓋と、 (c)前記蓋上の複数個の放射フィルターであって、前
記フィルターの各々は1つの波長を中心とした通過帯域
における放射に対して透過性である、前記複数個の放射
フィルターと、 (d)前記空洞中の複数個の放射検出器であって、各々
の放射検出器は前記フィルターの一つに隣接する、前記
複数個の放射検出器と、 (e)前記空洞中の前記蓋の表面上の放射阻止材料であ
って、前記材料は前記放射検出器の各々に隣接した開口
を備えている、前記放射阻止材料と、 を有する放射センサ。
27. (a) a body; (b) a lid on said body and forming a cavity therebetween; and (c) a plurality of radiation filters on said lid, each of said filters being: A plurality of radiation filters transmissive to radiation in a passband centered on one wavelength; and (d) a plurality of radiation detectors in the cavity, each radiation detector comprising: A plurality of radiation detectors adjacent to one of the filters; and (e) a radiation blocking material on the surface of the lid in the cavity, wherein the material is adjacent to each of the radiation detectors. A radiation sensor comprising: the radiation blocking material having an opening.
【請求項28】(a)前記放射検出器の各々はボロメー
タを含み、 (b)前記空洞は約200mTorr以下の蒸気圧を有
する、 請求項27記載のセンサ。
28. The sensor of claim 27, wherein (a) each of the radiation detectors includes a bolometer, and (b) the cavity has a vapor pressure of about 200 mTorr or less.
【請求項29】(a)放射源と、 (b)前記源から離れた放射センサであって、 i)本体と、 ii)前記本体上にありそしてその間に空洞を形成する蓋
と、 iii)前記蓋上の複数個の放射フィルターであって、前
記フィルターの各々は1つの波長を中心とした通過帯域
における放射に対して透過性であり、前記フィルターの
少なくとも1つの前記波長は感知されるべきガスの吸収
帯に対応する、前記複数個の放射フィルターと、 iv)前記空洞中の複数個の放射検出器であって、各々の
放射検出器は前記フィルターの一つに隣接する、前記複
数個の放射検出器と、 v)前記空洞中の前記蓋の表面上の放射阻止材料であっ
て、前記材料は前記放射検出器の各々に隣接した開口を
備えている、前記放射阻止材料と、 を有するガスセンサ。
29. A radiation source; (b) a radiation sensor remote from said source; i) a body; ii) a lid on said body and forming a cavity therebetween; iii). A plurality of radiation filters on the lid, each of the filters being transparent to radiation in a passband centered on one wavelength, wherein at least one of the wavelengths of the filter is to be sensed; A plurality of radiation filters corresponding to a gas absorption band; and iv) a plurality of radiation detectors in the cavity, each radiation detector being adjacent to one of the filters. And v) a radiation blocking material on the surface of the lid in the cavity, the material comprising an opening adjacent each of the radiation detectors. Having a gas sensor.
【請求項30】(a)前記放射検出器の各々はボロメー
タを含み、 (b)前記空洞は約200mTorr以下の蒸気圧を有
する、請求項29記載のガスセンサ。
30. The gas sensor according to claim 29, wherein: (a) each of the radiation detectors includes a bolometer; and (b) the cavity has a vapor pressure of less than about 200 mTorr.
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